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KR101385815B1 - Organic vapor sorbent protective device with thin film indicator - Google Patents

Organic vapor sorbent protective device with thin film indicator Download PDF

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Publication number
KR101385815B1
KR101385815B1 KR1020097004939A KR20097004939A KR101385815B1 KR 101385815 B1 KR101385815 B1 KR 101385815B1 KR 1020097004939 A KR1020097004939 A KR 1020097004939A KR 20097004939 A KR20097004939 A KR 20097004939A KR 101385815 B1 KR101385815 B1 KR 101385815B1
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KR
South Korea
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delete delete
layer
vapor
indicator
thin film
Prior art date
Application number
KR1020097004939A
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Korean (ko)
Other versions
KR20090051210A (en
Inventor
닐 에이. 라코우
제임스 피. 마더스
준-잉 장
도라 엠. 파올루치
리차드 제이. 포아리에
모제스 엠. 데이빗
존 이. 트렌드
마이클 에스. 웬드랜드
Original Assignee
쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Filing date
Publication date
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Publication of KR20090051210A publication Critical patent/KR20090051210A/en
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Abstract

흡착 매체 보호 장치는 기체 입구, 기체 출구 및 박막 다층 표시기를 갖는 엔클로저를 포함한다. 박막 다층 표시기는 기체 입구로부터 기체 출구를 향해 유동하는 관심 대상의 증기를 흡착할 수 있는 흡착 매체에 가까이 있다. 표시기는 증기에 대해 침투성인 반사 층과 반반사 층 사이에 위치된, 증기의 존재 시에 광학 두께가 변하는 다공성 검출 층을 포함한다. 매체의 적어도 일부와 증기 사이에 인가된 증기 농도에서의 평형으로, 증기가 반사 층을 통해 검출 층 내로 통과하여 반반사 층을 통해 보았을 경우 표시기 외양의 시각적으로 구분 가능한 변화를 일으키기에 충분히 검출 층 광학 두께를 변화시킬 수 있다.Adsorption media protection devices include an enclosure having a gas inlet, a gas outlet, and a thin film multilayer indicator. The thin film multilayer indicator is close to an adsorption medium capable of adsorbing vapor of interest flowing from the gas inlet toward the gas outlet. The indicator includes a porous detection layer that varies in optical thickness in the presence of the vapor, positioned between the reflective layer and the semireflective layer that is permeable to the vapor. Equilibrium at the vapor concentration applied between at least a portion of the medium and the vapor, the detection layer optics sufficient to cause a visually discernible change in indicator appearance when the vapor passes through the reflective layer into the detection layer and viewed through the antireflective layer. The thickness can be changed.

흡착 매체, 호흡기, 표시기, 엔클로저, 증기, 침투 Adsorption medium, respirator, indicator, enclosure, vapor, infiltration

Description

박막 표시기를 갖는 유기 증기 흡착 보호 장치 {ORGANIC VAPOR SORBENT PROTECTIVE DEVICE WITH THIN FILM INDICATOR}Organic vapor adsorption protection device with thin film indicator {ORGANIC VAPOR SORBENT PROTECTIVE DEVICE WITH THIN FILM INDICATOR}

본 발명은 유기 증기 흡착 보호 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an organic vapor adsorption protection device.

다양한 화학적, 광학적 또는 전자적 표시기가 일회용 개인용 호흡기, 전력 공급을 받는(powered) 공기 정화 호흡기, 방호복 및 원하지 않는 물질의 존재에 대한 다른 보호 장치의 사용자에게 경고하기 위해 제안되었다. 예를 들어, 사용 수명 종료 표시기("ESLI": End-of-Service Life Indicator)는 그러한 장치 내의 필터 요소가 포화 상태에 가까워지거나 특정 재료에 대해 무효일 수 있다고 경고할 수 있다. 개인용 보호 또는 호흡 보호 (및 몇몇 경우에, 일반적으로 센서 또는 표시기 또는 특히 ESLI)에 관한 특허 및 출원은 미국 특허 제1,537,519호(야블릭(Yablick)), 제3,966,440호(로버츠(Roberts)), 제4,146,887호(마그난테(Magnante)), 제4,154,586호(존스(Jones) 등), 제4,155,358호(맥앨리스터(McAllister) 등), 제4,326,514호(에이언(Eian)), 제4,421,719호(벌레이(Burleigh)), 제4,530,706호(존스), 제4,597,942호(미쓰렐(Meathrel)), 제4,684,380호(라이히니츠(Leichnitz)), 제4,847,594호(스테터(Stetter)), 제5,297,544호(메이(May) 등), 제5,323,774호(펠라우어(Fehlauer)), 제5,376,554호 (보-딘(Vo-Dinh)), 제5,512,882호(스테터 등), 제5,666,949호(데베(Debe) 등 `949), 제5,659,296(데베 등 `296), 제6,375,725 B1호(버나드 등), 제6,497,756 B1호(쿠라도(Curado) 등) 및 제6,701,864 B2호(왓슨 주니어(Watson, Jr.) 등); 미국 특허 출원 공개 제2004/0135684 A1호(슈타인탈(Steinthal) 등), 제2004/0189982 A1호(갈라뉴(Galarneau) 등), 제2004/0223876 A1호(키롤로스(Kirollos) 등) 및 제2005/0188749 A1호(쿠스터 등); 및 PCT 특허 출원 공개 WO 2004/057314 A2호를 포함한다.Various chemical, optical or electronic indicators have been proposed to warn users of disposable personal respirators, powered air purifying respirators, protective clothing and other protective devices for the presence of unwanted materials. For example, an End-of-Service Life Indicator ("ESLI") may warn that filter elements in such devices may be nearing saturation or may be invalid for certain materials. Patents and applications relating to personal protection or respiratory protection (and in some cases generally sensors or indicators or in particular ESLI) are described in US Pat. Nos. 1,537,519 (Yablick), 3,966,440 (Roberts), 4,146,887 (Magnante), 4,154,586 (Jones, etc.), 4,155,358 (McAllister, etc.), 4,326,514 (Eian), 4,421,719 (worms) Burleigh), 4,530,706 (Jones), 4,597,942 (Meathrel), 4,684,380 (Leichnitz), 4,847,594 (Stetter), 5,297,544 (May (May et al.), 5,323,774 (Fehlauer), 5,376,554 (Vo-Dinh), 5,512,882 (Sterter et al.), 5,666,949 (Debe et al. 949), 5,659,296 (Deve et al. '296), 6,375,725 B1 (Bernard et al.), 6,497,756 B1 (Curado et al.) And 6,701,864 B2 (Watson, Jr. et al.); US Patent Application Publication Nos. 2004/0135684 A1 (Steinthal et al.), 2004/0189982 A1 (Galarneau et al.), 2004/0223876 A1 (Kirollos et al.) And No. 2005/0188749 A1 (Cooster et al.); And PCT Patent Application Publication WO 2004/057314 A2.

발명의 개요Summary of the Invention

ESLI가 아닌 센서 또는 표시기에 관한 다른 특허 및 특허 출원은 미국 특허 제5,611,998호(오세넥(Aussenegg) 등), 제5,783,836호(리우(Liu) 등), 제6,007,904호(슈보처(Schwotzer) 등), 제6,130,748호(크뤼거(

Figure 112009014332466-pct00001
) 등) 및 제6,248,539호(가디리(Ghadiri) 등); 미국 특허 출원 공개 제2004/0184948 A1호(라코브(Rakow) 등); 및 미국 법정 발명 등록 제H1470호(에윙(Ewing) 등)를 포함한다.Other patents and patent applications relating to sensors or indicators other than ESLI are described in US Pat. Nos. 5,611,998 (Aussenegg et al.), 5,783,836 (Liu et al.), 6,007,904 (Schwotzer et al.). No. 6,130,748 (Kruger (
Figure 112009014332466-pct00001
) And 6,248,539 (Ghadiri et al.); US Patent Application Publication No. 2004/0184948 A1 (Rakow et al.); And US Statutory Invention Registration H1470 (Ewing et al.).

전술한 센서 또는 표시기 중 일부는 전자 기기 및 전력에 대한 요구, 바람직하지 않게 복잡하거나 고가인 설계, 불충분한 감도 또는 하나 또는 수 개의 물질만에 대한 감도와 같은 결점을 갖는다. 또한, 몇몇 센서 또는 표시기는 액체 또는 증기를 검출하기 위해 사용될 수 있는 것으로 개시되어 있지만, 고체에 의한 흡착 범위를 검출하는데 유용한 것으로는 개시되지 않았다.Some of the aforementioned sensors or indicators have drawbacks such as the need for electronic devices and power, undesirably complex or expensive designs, insufficient sensitivity or sensitivity to only one or several materials. In addition, although some sensors or indicators are disclosed that can be used to detect liquids or vapors, they are not disclosed to be useful for detecting a range of adsorption by solids.

본 발명은 일 태양에서, 기체 입구, 기체 출구 및 박막 다층 표시기를 포함하는 엔클로저를 포함하는 보호 장치를 제공하는 데,The present invention provides in one aspect a protective device comprising an enclosure comprising a gas inlet, a gas outlet and a thin film multilayer indicator,

A) 엔클로저는 입구로부터 출구를 향해 유동하는 관심 대상의 증기를 흡착할 수 있는 흡착 매체를 포함하고;A) The enclosure comprises an adsorption medium capable of adsorbing vapor of interest flowing from inlet to outlet;

B) 박막 다층 표시기는,B) thin film multilayer indicator,

i) 증기의 존재 시에 광학 두께가 변하는 다공성 검출 층과,i) a porous detection layer whose optical thickness varies in the presence of vapor,

ii) 엔클로저 외부로부터 볼 수 있으며 증기에 의해 침투되지 않는 반반사 층(semireflective layer)과,ii) a semireflective layer visible from outside the enclosure and not penetrated by vapor;

iii) 증기에 대해 침투성인 반사 층을 포함하고, 다공성 검출 층은 반반사 층과 반사 층 사이에 위치되고,iii) a reflective layer permeable to vapor, the porous detection layer being located between the semireflective layer and the reflective layer,

C) 반사 층은, 매체의 적어도 일부와 증기 사이에 인가된 증기 농도에서의 평형으로, 증기가 반사 층을 통해 검출 층 내로 통과하여 반반사 층을 통해 보았을 때 표시기 외양이 시각적으로 구분 가능한 변화를 일으키기에 충분하게 검출 층 광학 두께를 변화시킬 수 있도록, 매체에 충분히 가까이 있다.C) The reflective layer is an equilibrium at the vapor concentration applied between at least a portion of the medium and the vapor, so that the indicator appearance is visually discernable when the vapor passes through the reflective layer into the detection layer and viewed through the antireflective layer. It is close enough to the medium to be able to change the detection layer optical thickness sufficiently to cause it.

본 발명은 다른 태양에서, 보호 장치를 제조하기 위한 방법을 제공하고, 이 방법은In another aspect, the present invention provides a method for manufacturing a protective device, the method

A) 엔클로저-상기 엔클로저는A) Enclosure-The enclosure is

i) 엔클로저를 통해 유동하는 관심 대상의 증기를 흡착하는 흡착 매체를 포함하기 위한 공간; 및i) a space for containing an adsorption medium for adsorbing vapor of interest flowing through the enclosure; And

ii)ii)

a) 증기의 존재 시에 광학 두께가 변하는 다공성 검출 층과,a) a porous detection layer whose optical thickness varies in the presence of vapor,

b) 엔클로저 외부로부터 볼 수 있으며 증기에 의해 침투되지 않는 반반사 층 과,b) a semireflective layer visible from outside the enclosure and not penetrated by steam;

c) 증기에 대해 침투성인 반사 층을 포함하고, 다공성 검출 층은 반반사 층과 반사 층 사이에 위치되는 박막 다층 표시기를 포함함-를 제공하는 단계;c) providing a reflective layer permeable to vapor, wherein the porous detection layer comprises a thin film multilayer indicator positioned between the semireflective layer and the reflective layer;

B) 매체의 적어도 일부와 증기 사이에 인가된 증기 농도에서의 평형으로, 증기가 반사 층을 통해 검출 층 내로 통과하여 반반사 층을 통해 보았을 때 표시기 외양이 시각적으로 구분 가능한 변화를 일으키기에 충분히 검출 층 광학 두께를 변화시킬 수 있도록 반사 층에 충분히 근접하게 엔클로저 내의 매체를 위치시키는 단계; 및B) Equilibrium at the vapor concentration applied between at least a portion of the medium and the vapor, sufficient to detect that the indicator appearance will produce a visually discernable change as the vapor passes through the reflective layer into the detection layer and viewed through the antireflective layer Positioning the media in the enclosure close enough to the reflective layer to vary the layer optical thickness; And

C) 엔클로저를 밀봉하는 단계를 포함한다.C) sealing the enclosure.

개시되는 박막 다층 표시기는 반사 층 측으로부터 침투 가능하고, 반반사 층 측으로부터 구분 가능한 비색 변화(colorimetric change)를 제공할 수 있다. 이는 표시기가 일회용 개인용 호흡기 카트리지 내에서 흔히 채용되는 다공성 탄소 매체와 같은 고체 흡착 매체와 접촉하거나 그 부근에 있으면서, 용제 증기의 검출을 가능케 한다. 표시기는 매체가 증기와 평형을 이룰 때, 전력 공급을 받는 광원, 광학 검출기 또는 분광 분석기를 요구하지 않으면서, 쉽게 시각적으로 구분 가능하고 확실한, 표시기 외양의 변화(예컨대, 비색 변화)를 제공할 수 있다. 표시기는 저 비용, 사용의 용이성, 강인성, 및 다양한 관심 대상의 증기에 대한 넓은 스펙트럼 감도를 포함한 이점을 제공할 수 있다.The disclosed thin film multilayer indicator can penetrate from the reflective layer side and provide a distinguishable colorimetric change from the semi-reflective layer side. This allows the detection of solvent vapors while the indicator is in contact with or near a solid adsorption medium, such as porous carbon media, which is commonly employed in disposable personal respiratory cartridges. The indicator can provide a change in the appearance of the indicator (e.g. colorimetric changes) that is easily visually distinguishable and reliable, without requiring a powered light source, optical detector or spectroscopic analyzer when the medium is in equilibrium with the vapor. have. Indicators can provide advantages including low cost, ease of use, toughness, and broad spectral sensitivity to various vapors of interest.

본 발명의 이들 및 다른 태양들은 하기의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나, 어떠한 경우에도, 상기 개요는 출원 절차 중에 보정될 수 있는 첨 부된 청구의 범위에 의해서만 제한되는 본 발명의 보호 대상에 대한 제한으로서 해석되어서는 안 된다.These and other aspects of the invention will be apparent from the detailed description below. In no case, however, should the above summary be construed as a limitation on the subject matter of the invention, which is limited only by the appended claims, which may be amended during the filing process.

도 1은 교체 가능한 흡착 카트리지가 박막 다층 사용 수명 종료 표시기를 구비한 호흡기의 사시도.1 is a perspective view of a respirator in which a replaceable adsorption cartridge has a thin film multilayer end of life indicator.

도 2는 도 1의 호흡기 내에서 사용하기 위한 탄소 충전 교체 가능 카트리지의 부분 측단면도.FIG. 2 is a partial side cross-sectional view of a carbon filled replaceable cartridge for use in the respirator of FIG. 1. FIG.

도 3은 박막 다층 사용 수명 종료 표시기를 구비한 일회용 개인용 호흡 장치의 부분 단면 사시도.3 is a partial cross-sectional perspective view of a disposable personal breathing apparatus with a thin film multilayer end of life indicator.

도 4는 박막 다층 표시기의 개략적인 단면도.4 is a schematic cross-sectional view of a thin film multilayer indicator.

도 5a 및 도 5b는 각각 천공된 포토레지스트로 코팅된 박막 다층 표시기 전구체의 개략적인 측단면도 및 평면도.5A and 5B are schematic side cross-sectional and plan views, respectively, of a thin film multilayer indicator precursor coated with perforated photoresist;

도 6a 및 도 6b는 각각 알루미늄 반사 층이 에칭에 의해 천공되고 포토레지스트가 제거된 후의 도 5a 및 도 5b의 전구체의 개략적인 측단면도 및 평면도.6A and 6B are schematic side cross-sectional and plan views, respectively, of the precursors of FIGS. 5A and 5B after the aluminum reflective layer has been drilled by etching and the photoresist removed.

도 7 내지 도 9는 다양한 흡착 매체에 근접하여 장착된 개시되는 박막 다층 표시기의 개략적인 측단면도.7-9 are schematic side cross-sectional views of the disclosed thin film multilayer indicator mounted in proximity to various adsorption media.

도 10 내지 도 12는 톨루엔 침입에 대한 다양한 박막 다층 표시기의 응답을 도시하는 그래프.10-12 are graphs illustrating the response of various thin film multilayer indicators to toluene intrusion.

도 13은 알루미늄 반사 층 및 중합체 검출 층을 통한 레이저 제거 구멍의 현미경 사진.13 is a photomicrograph of a laser ablation hole through an aluminum reflective layer and a polymer detection layer.

도 14 내지 도 17은 톨루엔 침입에 대한 추가의 박막 다층 표시기의 응답을 도시하는 그래프.14-17 are graphs showing the response of additional thin film multilayer indicators to toluene intrusion.

도 18 및 도 19는 박막 다층 표시기를 가로질러 이동하는 착색된 파면의 흑백 렌더링.18 and 19 are black and white renderings of colored wavefronts moving across a thin film multilayer indicator.

도 20은 여러 증기로부터의 침입에 대한 박막 다층 표시기의 응답을 도시하는 그래프.20 is a graph showing the response of a thin film multilayer indicator to intrusion from various vapors.

후술되는 용어들은 다음과 같이 정의된다.The terms to be described below are defined as follows.

"관심 대상의 증기"는 주위 공기(예컨대, 호흡 공기)로부터의 제거가 필요한 유기 또는 무기 증기를 의미한다."Vapor of interest" means organic or inorganic vapor that requires removal from ambient air (eg, breathing air).

"분석물"은, 예컨대 화학적 또는 생화학적 분석에서 검출되는 관심 대상의 특정 증기 또는 다른 성분을 의미한다."Analyte" means a particular vapor or other component of interest that is detected, such as in a chemical or biochemical assay.

"광 응답성"은 물품 또는 검출 층에 대해 사용될 때, 물품 또는 검출 층이 광학 두께(즉, 물리적 두께 또는 굴절률), 반사율, 상 변이, 편광, 복굴절성 또는 광 투과율의 변화와 같은, 분석물이 존재할 때 검출 가능한 광학 특성의 응답 변화를 보이는 것을 의미한다.“Light responsiveness” when used with an article or detection layer, such that the article or detection layer is such that the optical thickness (ie, physical thickness or refractive index), reflectance, phase shift, polarization, birefringence, or change in light transmission When present, it means to show a change in the response of the detectable optical properties.

"엔클로저"는, 흡착 매체가 내장되고 필요하다면 저장 또는 운송을 위해 밀봉되고 이후에 설치 및 사용을 위해 필요하다면 개봉되고 그 후에 관심 대상의 증기를 흡착하도록 채용될 수 있는, 카트리지, 캡슐, 파우치, 격실, 하우징 또는 다른 구조물을 의미한다."Enclosures" are cartridges, capsules, pouches, which may be employed to incorporate an adsorptive medium and, if necessary, be sealed for storage or transportation, and subsequently to be opened for installation and use and then to adsorb the vapor of interest. By compartment, housing or other structure.

"반사성"은 층에 대해 사용될 때, 층이 가시광을 반사시키는 것을 의미한다.“Reflective” when used for a layer means that the layer reflects visible light.

"반반사 층"은, 제2 반사 층과 관련하여, 제2 반사 층보다 더 낮은 반사율 및 더 큰 광 투과율을 가지며, 예를 들어 간섭색을 제공하도록 제2 반사 층에 대해 이격된 관계로 사용될 수 있는 제1 반사 층을 의미한다.A "reflective layer", with respect to the second reflecting layer, has a lower reflectance and a larger light transmittance than the second reflecting layer and can be used in a spaced apart relationship with respect to the second reflecting layer, for example to provide an interference color. Means a first reflective layer.

"증기 침투성"은 일 측면이 다공성 검출 층과 유체 연통하는 반사 층에 대해 사용될 때, 반사 층의 타 측면이 15분 동안 20 ℓ/분으로 유동하는 1000 ppm의 스티렌 단량체 증기를 함유하는 공기 흐름에 노출되는 경우, 충분한 스티렌 단량체가 반사 층을 통과하여 광 응답성인 변화가 검출 층 내에서 발생하는 것을 의미한다.“Vapor permeability” refers to an air stream containing 1000 ppm of styrene monomer vapor, where one side is used for a reflective layer in fluid communication with the porous detection layer, the other side of the reflective layer flows at 20 l / min for 15 minutes. When exposed, it means that sufficient styrene monomer passes through the reflective layer so that a photoresponsive change occurs in the detection layer.

"다공성"은 재료에 대해 사용될 때, 재료가 그의 부피 전체에 걸쳐 (예를 들어, 개방부, 간극 공간 또는 다른 채널일 수 있는) 기공들의 연결된 네트워크를 포함하는 것을 의미한다.By "porous" is meant that when used for a material, the material comprises a connected network of pores (which may be, for example, openings, gap spaces or other channels) throughout its volume.

"크기"는 기공에 대해 사용될 때, 원형 단면을 갖는 기공의 경우에는 기공 직경을, 또는 비원형 단면을 갖는 기공을 가로질러 구성될 수 있는 단면 상의 최장 현(chord)의 길이를 의미한다."Size" when used for pores means the length of the longest chord on the cross section, which may be configured for a pore diameter in the case of pores with a circular cross section, or across pores having a non-circular cross section.

"미공성"은 재료에 대해 사용될 때, 재료가 약 0.3 내지 100 나노미터의 평균 기공 크기를 갖는 다공성인 것을 의미한다."Microporous" when used for a material means that the material is porous with an average pore size of about 0.3 to 100 nanometers.

"연속적인"은 재료의 층에 대해 사용될 때, 층이 비다공성이며 증기 침투성이 아니라는 것을 의미한다."Continuous" when used for a layer of material, means that the layer is nonporous and not vapor permeable.

"반연속적인"은 재료의 층에 대해 사용될 때, 층이 다공성이며 증기 침투성인 것을 의미한다."Semicontinuous" when used for a layer of material, means that the layer is porous and vapor permeable.

"불연속적인"은 재료의 층에 대해 사용될 때, 층이 주어진 평면 내에서 사이에 빈 공간이 있는 재료의 적어도 2개의 분리되고 구분된 섬들, 또는 주어진 평면 내에서 사이에 재료가 있는 적어도 2개의 분리되고 구분된 빈 공간(호수)들을 갖고, 층은 증기 침투성인 것을 의미한다.“Discontinuous” when used for a layer of material, means that at least two separate and separated islands of material having a void space between within a given plane, or at least two separations with material between within a given plane It is meant that the layers are vapor permeable and have empty spaces separated by them.

개시되는 장치는 다양한 관심 대상의 증기를 검출하도록 사용될 수 있다. 대표적인 관심 대상의 증기는 수증기, 기체, 및 휘발성 유기 화학적 화합물을 포함한다. 대표적인 유기 화합물은 알칸, 사이클로알칸, 방향족 화합물, 알코올, 에테르, 에스테르, 케톤, 할로카본, 아민, 유기산, 시안산염, 질산염, 및 니트릴, 예를 들어 n-옥탄, 사이클로헥산, 메틸 에틸 케톤, 아세톤, 에틸 아세테이트, 이황화탄소, 사염화탄소, 벤젠, 스티렌, 톨루엔, 크실렌, 메틸 클로로포름, 테트라하이드로푸란, 메탄올, 에탄올, 아이소프로필 알코올, n-부틸 알코올, t-부틸 알코올, 2-에톡시에탄올, 아세트산, 2-아미노피리딘, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 톨루엔-2,4-다이아이소시아네이트, 니트로메탄, 및 아세토니트릴을 포함한 치환 또는 비치환 탄소 화합물을 포함한다.The disclosed device can be used to detect vapors of various interests. Representative vapors of interest include water vapor, gases, and volatile organic chemical compounds. Representative organic compounds include alkanes, cycloalkanes, aromatic compounds, alcohols, ethers, esters, ketones, halocarbons, amines, organic acids, cyanates, nitrates, and nitriles such as n-octane, cyclohexane, methyl ethyl ketone, acetone , Ethyl acetate, carbon disulfide, carbon tetrachloride, benzene, styrene, toluene, xylene, methyl chloroform, tetrahydrofuran, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, t-butyl alcohol, 2-ethoxyethanol, acetic acid, Substituted or unsubstituted carbon compounds including 2-aminopyridine, ethylene glycol monomethyl ether, toluene-2,4-diisocyanate, nitromethane, and acetonitrile.

도 1을 참조하면, 개인용 호흡기(1)는 한 쌍의 교체 가능한 공기 정화 호흡기 카트리지(3)가 장착된 안면 마스크(2)를 포함한다. 카트리지(3)는 각각 도 1에 도시되지 않은 흡착 재료(예컨대, 활성탄)를 위한 엔클로저로서의 역할을 한다. 각 카트리지(3)의 전면 커버(4)는 주위 공기가 외부 환경으로부터 흡착 재료를 통해서 그리고 카트리지(3)로부터의 기체 출구 및 안면 마스크(2)로의 입구로서 역할을 하는 (도 1에 표시되지 않은) 통로를 통해 카트리지(3) 내로 유동하는 것을 허용하는, 기체 입구로서 역할을 하는 복수의 개방부(5)를 포함한다. 각 카트리지(3) 내의 측벽(6)은 안면 마스크(2)의 착용자가 박막 다층 표시기(8)를 볼 수 있는 투명한 관찰 포트(7)를 포함한다. 각각의 표시기(8)는 카트리지(3) 내의 하나 이상의 만곡된 영역 둘레를 감싸서 다양한 시야각으로부터의 개선된 가시성을 제공하며 카트리지(3)가 호흡기(1)의 각 측면 상에 장착되는 것을 허용할 수 있다. 표시기(8)는 광 응답성이어서, 흡착 재료가 노출 상태에서 증기와 평형을 이룰 때 시각적으로 구분 가능한 비색 변화를 겪고, 따라서 착용자가 카트리지 또는 카트리지들(3)을 교체할 시기를 인식하는 것을 돕는다. 호기된 공기는 호기 밸브(9)를 통해 호흡기(1)를 빠져 나간다. 표시기는 다양한 호흡 보호 장치 내에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 표시기는 또한 단일 카트리지 호흡기 또는 전력 공급을 받는 공기 정화 호흡기 내에 배치될 수 있다.Referring to FIG. 1, the personal respirator 1 includes a face mask 2 mounted with a pair of replaceable air purifying respirator cartridges 3. The cartridges 3 each serve as an enclosure for the adsorption material (eg activated carbon) not shown in FIG. 1. The front cover 4 of each cartridge 3 serves as ambient air through the adsorbent material from the external environment and as an inlet to the gas mask and face mask 2 from the cartridge 3 (not shown in FIG. 1). A plurality of openings 5 serving as gas inlets, which allow flow into the cartridge 3 through the passage. The side wall 6 in each cartridge 3 includes a transparent viewing port 7 through which the wearer of the face mask 2 can see the thin film multilayer indicator 8. Each indicator 8 may wrap around one or more curved areas within the cartridge 3 to provide improved visibility from various viewing angles and allow the cartridge 3 to be mounted on each side of the respirator 1. have. The indicator 8 is optically responsive, undergoing visually distinguishable colorimetric changes when the adsorbent material is in equilibrium with the vapor in the exposed state, thus helping the wearer to recognize when to replace the cartridge or cartridges 3. . The exhaled air exits the respirator 1 through the exhalation valve 9. Indicators can be used in various respiratory protection devices. For example, the indicator may also be disposed within a single cartridge respirator or a powered air purifying respirator.

도 2는 호흡기 카트리지(3)의 부분 측단면도이다. 필요하다면, 개방부(5)는, 예를 들어 사용 전에 제거되는 (도 1 및 도 2에 도시되지 않은) 제거 가능한 커버를 사용하여 사용 시까지 밀봉될 수 있다. 흡착 재료(21)의 베드가 개방부(5)로부터 출구(23)로 통과하는 관심 대상의 증기를 흡수 또는 흡착한다. 기둥(27) 상에 장착된 일방향 흡기 밸브(25)가 호기된 공기가 카트리지(3)로 진입하는 것을 방지한다. 나사형 또는 바람직하게는 베요닛형 커넥터 또는 커넥터들(29)이 카트리지(3)를 마스크(2)에 제거 가능하게 결합시키기 위해 사용될 수 있다. 측벽(6)은 박막 다층 표시기(8) 위의 투명한 관찰 포트(7)를 포함한다. 포트(7)는 주변 광이 관찰 포트(7)에 인접하여 위치된 표시기(8) 내의 (도 2에 표시되지 않은) 반반사 층을 통해 표시기(8) 내로 통과하는 것을 허용한다. 필요하다면, (도 2에 도시되지 않은) 제거 가능하거나 교체 가능한 차폐부 또는 다른 커버가 도료 또는 발포 오버스프레이, 먼지, 또는 다른 차단물로부터 포트(7)를 보호하기 위해 선택적으로 사용될 수 있다. 포트(7) 및 표시기(8)로 진입한 주변 광은 흡착 재료(21)에 인접하여 위치된 표시기(8) 내의 (도 2에 표시되지 않은) 증기 침투성 반사 층에 의해 관찰 포트(7)를 통해 복귀된다. 카트리지(3)는 표시기(8)의 외양의 시각적으로 구분 가능한 변화(예컨대, 녹색으로부터 적색으로와 같은 색 변화, 백색 또는 검정색으로부터 유색으로 또는 유색으로부터 백색 또는 검정색으로와 같은 색의 출현 또는 소멸, 또는 백색으로부터 검정색으로 또는 검정색으로부터 백색으로의 변화)가 표시기(8) 아래의 흡착 재료(21)가 노출 상태에서 증기와 평형을 이룬다는 것을 표시할 때, 제거되고 새로운 카트리지(3)로 교체된다. 표시기(8)가 증기 유동 경로의 전체 길이를 덮도록 구성함으로써, 외양 변화(예컨대, 색 변화) "파면"은 흡착 재료(21)를 통해 표시기(8)를 지나는 증기의 유동과 함께 전진할 것이다. 전진하는 외양 변화 파면은, 특히 카트리지(3)를 그의 잔여 수명이 표시기(8)를 지나는 공간적 증기 파면 관통에 선형으로 비례하도록 설계하기 위해 적절한 주의가 취해지는 경우에, 단지 사용 수명 종료보다는 (막대 게이지 또는 연료 게이지처럼) 카트리지(3)에 대한 잔여 사용 수명을 표시할 것이다. 대안적으로, 표시기(8)는 원하는 잔여 사용 수명 백분율에서만 경고를 제공하기 위해서만 유동 경로의 종결부를 향해 위치될 수 있다. 표시기(8) 또는 관찰 포트(7)는 필요하다면 표시기(8)의 외양 변화의 시각적인 구분을 보조하기 위해 패턴 또는 기준 색을 포함할 수 있다. 설명된 바와 같이, 표시기(8)의 외양 변화는 주변 조명 하에서 시각적으로 모니터링될 수 있다. 대안적으로, 표시기(8)는 발광 다이오드(LED)와 같은 외부 광원을 사용하여 조명되고, 광전자 신호를 제공하기 위해 카트리지(3)의 주연부 상에 장착된 광검출기를 사용하여 평가될 수 있다. 주변 광에 의해 관찰되든지 또는 외부 광원 및 광검출기를 사용함으로써 관찰되든지 간에, 화학적 검출의 폭은 필요하다면 다양한 방식으로 증가될 수 있다. 예를 들어, 증기 유동 경로를 횡단하는 표시기들의 소형 어레이가 채용될 수 있다. 각각의 표시기는 상이한 다공성 검출 층 재료(예컨대, 실리카 검출 층, 플라즈마 활성화 화학 기상 증착("PCVD")에 의해 도포된 검출 층, 및 고유 미공성을 갖는 중합체("PIM": Polymer having Intrinsic Microporosity)로 제조된 검출 층, 이들 모두가 후술됨)를 포함할 수 있다. 또한, 일련의 표시기들은 일정 범위의 흡착 특성을 제공하기 위해 일련의 상이한 화학적 처리를 사용하여 처리된 동일한 검출 층 재료(예컨대, 실리카)를 포함할 수 있다. 다공성 실리카는, 예를 들어 기공에 더 소수성인 특성을 부여하기 위해 다양한 알킬 실란으로 처리될 수 있다.2 is a partial side cross-sectional view of the respirator cartridge 3. If necessary, the opening 5 can be sealed until use, for example using a removable cover (not shown in FIGS. 1 and 2) which is removed before use. The bed of adsorbent material 21 absorbs or adsorbs the vapor of interest passing from the opening 5 to the outlet 23. The one-way intake valve 25 mounted on the pillar 27 prevents exhaled air from entering the cartridge 3. Screwed or preferably bayonet shaped connectors or connectors 29 may be used to removably couple the cartridge 3 to the mask 2. The side wall 6 comprises a transparent viewing port 7 above the thin film multilayer indicator 8. The port 7 allows ambient light to pass into the indicator 8 through a semireflective layer (not shown in FIG. 2) in the indicator 8 located adjacent to the viewing port 7. If desired, removable or replaceable shields or other covers (not shown in FIG. 2) may optionally be used to protect the port 7 from paint or foam overspray, dust, or other barriers. Ambient light entering the port 7 and the indicator 8 is directed to the observation port 7 by a vapor permeable reflective layer (not shown in FIG. 2) in the indicator 8 located adjacent to the adsorbent material 21. Is returned through. The cartridge 3 has a visually distinguishable change in the appearance of the indicator 8 (eg, a color change such as green to red, the appearance or disappearance of a color such as white or black to colored or colored to white or black, Or from white to black or black to white) is removed and replaced with a new cartridge 3 when indicating that the adsorbent material 21 under the indicator 8 is in equilibrium with the vapor in the exposed state. . By configuring the indicator 8 to cover the entire length of the vapor flow path, an appearance change (eg, color change) "wave surface" will advance with the flow of steam through the indicator 8 through the adsorbent material 21. . The advancing appearance change wavefront may be used only, rather than at the end of its service life, in particular if proper care is taken to design the cartridge 3 so that its remaining life is linearly proportional to the penetration of the spatial vapor wave through the indicator 8. The remaining service life for the cartridge 3 will be indicated, such as gauge or fuel gauge. Alternatively, the indicator 8 may be positioned towards the end of the flow path only to provide a warning only at the desired residual service life percentage. The indicator 8 or observation port 7 may include a pattern or reference color if necessary to assist in visual division of the appearance change of the indicator 8. As explained, the appearance change of the indicator 8 can be visually monitored under ambient lighting. Alternatively, the indicator 8 may be illuminated using an external light source such as a light emitting diode (LED) and evaluated using a photodetector mounted on the periphery of the cartridge 3 to provide an optoelectronic signal. Whether observed by ambient light or by using an external light source and photodetector, the width of the chemical detection can be increased in various ways if necessary. For example, a small array of indicators that cross the vapor flow path can be employed. Each indicator is characterized by a different porous detection layer material (eg, silica detection layer, detection layer applied by plasma activated chemical vapor deposition ("PCVD"), and polymer having intrinsic microporosity ("PIM"). Detection layers, all of which are described below). In addition, the series of indicators may include the same detection layer material (eg, silica) that has been treated using a series of different chemical treatments to provide a range of adsorptive properties. Porous silica can be treated with various alkyl silanes, for example, to impart more hydrophobic properties to the pores.

도 3은 일회용 개인용 호흡기(30)를 부분 단면도로 도시한다. 장치(30)는, 예를 들어 박막 ESLI를 포함하도록 변형된, 미국 특허 제6,234,171 B1호(스프링겟(Springett) 등)에 도시된 것과 같은 일회용 마스크일 수 있다. 장치(30)는 외측 커버 웨브(32), 흡착 입자(33) 및 내측 커버 웨브(34)로 제조된 대체로 컵 형상인 쉘 또는 호흡기 본체(31)를 갖는다. 용접된 모서리(35)가 이들 층을 함께 유지하고, 장치(30)의 모서리를 지나는 누출을 감소시키기 위한 안면 밀봉 영역을 제공한다. 누출은 알루미늄과 같은 금속의 유연한 극연질 금속 코 밴드(36)에 의해 추가로 감소된다. 장치(30)는 투명한 관찰 포트(37) 및 흡착 입자(33)에 인접한 박막 다층 표시기(38)를 포함한다. 장치(30)는 또한 탭(40)에 의해 장치(30)에 체결된 조정 가능한 머리 및 목 스트랩(39)과, 호기 밸브(41)를 포함한다. 그러한 호흡기의 구성에 관한 추가의 세부 사항은 당업자에게 친숙할 것이다.3 shows a disposable personal respirator 30 in partial cross-sectional view. The device 30 may be a disposable mask, such as shown in US Pat. No. 6,234,171 B1 (Springett et al.), Modified to include a thin film ESLI, for example. The device 30 has a generally cup-shaped shell or respirator body 31 made of an outer cover web 32, adsorptive particles 33 and an inner cover web 34. Welded edges 35 hold these layers together and provide a face seal area to reduce leakage past the edges of the device 30. Leakage is further reduced by a flexible ultra-soft metal nose band 36 of metal, such as aluminum. The device 30 includes a thin viewing multilayer indicator 38 adjacent to a transparent viewing port 37 and adsorbent particles 33. The device 30 also includes an adjustable head and neck strap 39 and an exhalation valve 41 fastened to the device 30 by tabs 40. Further details regarding the construction of such respirators will be familiar to those skilled in the art.

도 4는 투명 기판(43) 및 흡착 매체(48)에 인접한 박막 다층 표시기(42)의 개략도를 도시한다. 표시기(42)는 반반사 층(44), 다공성 검출 층(45) 및 증기 침투성 반사 층(46)을 포함한다. 매체(48)의 적어도 일부와 관심 대상의 증기 사이에 인가된 증기 농도의 평형의 발생 시에 또는 그 직후에, 증기는 기공(47)을 통해 검출 층(45) 내로 통과할 수 있다. 검출 층(45)은 층의 광학 두께가 관심 대상의 증기에 대한 노출 시에 변화(예컨대, 증가)하도록 적합한 재료로 또는 적합한 구조로 제조된다. 결과적인 광학 두께 변화는 표시기(42) 내의 시각적으로 인지 가능한 외양 변화를 발생시킨다. 변화는 외부로부터, 즉 기판(43)을 통해 표시기(42)를 봄으로써 관찰될 수 있다. 광선(49a)에 의해 표시되는 주변 광의 일부는 기판(43)을 통과하고, 반반사 층(44)으로부터 광선(49b)으로서 반사되고, 기판(43)을 통해 다시 이동하고, 그 다음 기판(43) 외부로 통과한다. 주변 광선(49a)의 다른 부분은 기판(43), 반반사 층(44) 및 검출 층(45)을 통과하고, 반사 층(46)으로부터 광선(49c)으로서 반사된다. 광선(49c)은 검출 층(45), 반반사 층(44) 및 기판(43)을 통해 다시 이동하고, 그 다음 기판(43) 외부로 통과한다. 적절한 초기 또는 변화된 두께가 검출 층(45)에 대해 선택되었고 층(44, 46)들이 충분히 편평하면, 간섭색이 표시기(42) 및 광선(49b, 49c)과 같은 광선 내에서 생성되거나 소멸되고, 표시기(42)의 외양의 시각적으로 구분 가능한 변화가 반반사 층(44)을 통해 관찰할 때 명백할 것이다. 따라서, 전력 공급을 받는 광원, 광학 검출기 또는 분광 분석기와 같은 외부 장비는 표시기(42)의 상태를 평가하기 위해 요구되지 않을 것이지만, 그러한 외부 장비는 필요하다면 사용될 수 있다.4 shows a schematic view of the thin film multilayer indicator 42 adjacent the transparent substrate 43 and the adsorption medium 48. Indicator 42 includes a semireflective layer 44, a porous detection layer 45 and a vapor permeable reflective layer 46. At or shortly after the equilibrium of the vapor concentration applied between at least a portion of the medium 48 and the vapor of interest, the vapor may pass through the pores 47 into the detection layer 45. The detection layer 45 is made of a suitable material or of a suitable structure such that the optical thickness of the layer changes (eg, increases) upon exposure to the vapor of interest. The resulting optical thickness change results in a visually perceptible appearance change in the indicator 42. The change can be observed from the outside, ie by looking at the indicator 42 through the substrate 43. Some of the ambient light represented by the light rays 49a passes through the substrate 43, is reflected from the semi-reflective layer 44 as light rays 49b, moves back through the substrate 43, and then the substrate 43. Pass outside. Another portion of the ambient light 49a passes through the substrate 43, the semireflective layer 44, and the detection layer 45 and is reflected from the reflective layer 46 as light ray 49c. Light ray 49c travels back through detection layer 45, semi-reflective layer 44 and substrate 43, and then passes out of substrate 43. If an appropriate initial or changed thickness has been selected for the detection layer 45 and the layers 44 and 46 are sufficiently flat, then an interference color is created or extinguished in the light beams, such as the indicator 42 and the light beams 49b and 49c, Visually distinguishable changes in the appearance of (42) will be apparent when observing through the antireflective layer 44. Thus, external equipment such as powered light sources, optical detectors or spectroscopic analyzers will not be required to assess the condition of the indicator 42, but such external equipment can be used if necessary.

개시된 장치는 다양한 흡착 매체를 채용할 수 있다. 흡착 매체는 의도된 사용 조건 하에서 존재할 것으로 예상되는 관심 대상의 증기를 흡착할 수 있을 것이다. 흡착 매체는 바람직하게는 그를 통한 공기 또는 다른 기체의 신속한 유동을 허용하기에 충분히 다공성이고, 미세 분할된 고체(예컨대, 분말, 비드, 플레이크, 결정립 또는 집괴) 또는 다공성 고체(예컨대, 개방 셀 발포체)의 형태일 수 있다. 바람직한 흡착 매체 재료는 활성탄; 흡착에 의해 관심 대상의 증기를 제거할 수 있는 알루미나 및 다른 금속 산화물; 아세트산과 같은 산성 용액 또는 수성 수산화나트륨과 같은 알칼리성 용액으로 처리된 점토 및 다른 광물; 분자체 및 다른 제올라이트; 실리카와 같은 다른 무기 흡착제; 및 (예를 들어, 문헌[V. A. Davankov and P. Tsyurupa, Pure and Appl. Chem., vol. 61, pp. 1881-89 (1989)] 및 문헌[L. D. Belyakova, T. I. Schevchenko, V. A. Davankov and M.P. Tsyurupa, Adv. in Colloid and Interface Sci. vol. 25, pp. 249-66, (1986)]에 설명된 바와 같은) "스타이로소브스(Styrosorbs)"로 알려진 고도로 가교결합된 스티렌계 중합체와 같은 초가교결합 시스템을 포함하는 유기 흡착제를 포함한다. 활성탄 및 알루미나가 특히 바람직한 흡착 매체이다. 흡착 매체들의 혼합물이, 예컨대 관심 대상의 증기들의 혼합물을 흡수하도록 채용될 수 있다. 미세 분할된 형태에서라면, 흡착 입자 크기는 크게 변할 수 있고 보통은 의도된 사용 조건에 부분적으로 기초하여 선택될 것이다. 일반적인 지침으로서, 미세 분할된 흡착 매체 입자는 약 4 내지 약 3000 마이크로미터의 평균 직경, 예컨대 약 30 내지 약 1500 마이크로미터의 평균 직경으로 크기가 변할 수 있다. 상이한 크기 범위를 갖는 흡착 매체 입자들의 혼합물이 (예컨대, 흡착 매체 입자들의 이원 혼합물(bimodal mixture), 또는 상류 층 내에 더 큰 흡착 입자를 그리고 하류 층 내에 더 작은 흡착 입자를 채용하는 다층 배열에) 또한 채용될 수도 있다. 미국 특허 제3,971,373호(브라운(Braun) 등), 제4,208,194호(넬슨(Nelson)) 및 제4,948,639호(브루커(Brooker) 등) 및 미국 특허 출원 공개 제2006/0096911 A1호(브레이(Brey) 등)에 설명된 바와 같은, 적합한 결합제(예컨대, 결합 탄소)와 조합되거나 적합한 지지체 상에 또는 그 내에 포획된 흡착 매체가 또한 채용될 수 있다.The disclosed apparatus can employ a variety of adsorptive media. The adsorption medium will be able to adsorb the vapor of interest that is expected to be present under the intended use conditions. The adsorption medium is preferably porous enough to allow rapid flow of air or other gas therethrough, and may be finely divided solids (eg, powders, beads, flakes, grains or agglomerates) or porous solids (eg, open cell foams). It may be in the form of. Preferred adsorptive media materials include activated carbon; Alumina and other metal oxides capable of removing the vapor of interest by adsorption; Clay and other minerals treated with an acidic solution such as acetic acid or an alkaline solution such as aqueous sodium hydroxide; Molecular sieves and other zeolites; Other inorganic adsorbents such as silica; And (see, for example, VA Davankov and P. Tsyurupa, Pure and Appl. Chem., Vol. 61, pp. 1881-89 (1989)) and LD Belyakova, TI Schevchenko, VA Davankov and MP Tsyurupa, Supercrosslinks such as highly crosslinked styrenic polymers known as "Styrosorbs" (as described in Adv. In Colloid and Interface Sci. Vol. 25, pp. 249-66, (1986)). Organic adsorbents comprising a binding system. Activated carbon and alumina are particularly preferred adsorption media. Mixtures of adsorptive media can be employed, for example, to absorb a mixture of vapors of interest. In the finely divided form, the adsorbed particle size can vary greatly and will usually be selected based in part on the intended use conditions. As a general guideline, the finely divided adsorbent media particles can vary in size to an average diameter of about 4 to about 3000 micrometers, such as an average diameter of about 30 to about 1500 micrometers. Mixtures of adsorption media particles having different size ranges (eg, in a bimodal mixture of adsorption media particles, or in a multilayer arrangement employing larger adsorption particles in the upstream layer and smaller adsorption particles in the downstream layer) may also be used. It may be employed. U.S. Patent Nos. 3,971,373 (Braun et al.), 4,208,194 (Nelson) and 4,948,639 (Brooker et al.) And U.S. Patent Application Publication No. 2006/0096911 A1 (Brey) Adsorption media may also be employed in combination with a suitable binder (eg, bonded carbon) or captured on or within a suitable support.

표시기는 강성이거나 가요성일 수 있다. 가요성 표시기는 바람직하게는 파단되지 않으면서 충분히 굽혀질 수 있어서 하나 이상의 롤 처리 단계를 사용하여 제조될 수 있으며, 필요하다면 사용 시에, 예컨대 도 1에 도시된 바와 같이 흡착 매체 엔클로저의 중심 둘레에서 굴곡될 수 있다. 표시기는 필름 또는 다량 접착제, 기계식 삽입체, 열 결합, 초음파 용접 및 이들의 조합을 포함한, 다양한 기술을 사용하여 필터 하우징 또는 다른 지지체에 부착될 수 있다.The indicator can be rigid or flexible. The flexible indicator can preferably be flexed sufficiently without breaking so that it can be produced using one or more roll processing steps and, if necessary, in use, around the center of the adsorption medium enclosure, for example as shown in FIG. Can be bent. Indicators may be attached to the filter housing or other support using a variety of techniques, including films or mass adhesives, mechanical inserts, thermal bonding, ultrasonic welding, and combinations thereof.

기판은 선택적이지만, 존재할 때, 박막 표시기에 대해 적합하게 투명한 지지체를 제공할 수 있는 다양한 재료로 제조될 수 있다. 기판은 강성(예컨대, 유리) 또는 가요성(예컨대, 하나 이상의 롤 처리 단계에서 취급될 수 있는 플라스틱 필름)일 수 있다. 적합하게 투명한 플라스틱과 같은 가요성 재료로 제조된다면, 기판은 바람직하게는 관심 대상의 증기(들)가 반반사 층을 통해 검출 층 내로 또는 그로부터 투과되지 않기에 충분히 낮은 증기 침투성을 갖는다. 기판이 생략되면, 반반사 층은 그러한 증기 투과를 방해 또는 방지하기에 충분히 불침투성이어야 한다. 필요하다면, 다공성 기판이 반사 층과 흡착 매체 사이에 위치될 수 있다. 예를 들어, 관심 대상의 증기가 흡착 매체로부터 침투성 기판 및 반사 층을 통해 검출 층 내로 통과하도록 허용될 수 있다.The substrate is optional, but when present, it can be made of a variety of materials that can provide a support that is suitably transparent to the thin film indicator. The substrate can be rigid (eg, glass) or flexible (eg, a plastic film that can be handled in one or more roll processing steps). If made of a flexible material such as a suitably transparent plastic, the substrate preferably has a vapor permeability low enough that the vapor (s) of interest are not permeated into or out of the detection layer through the antireflective layer. If the substrate is omitted, the antireflective layer should be sufficiently impermeable to prevent or prevent such vapor permeation. If desired, a porous substrate can be positioned between the reflective layer and the adsorption medium. For example, vapor of interest may be allowed to pass from the adsorption medium through the permeable substrate and the reflective layer into the detection layer.

반반사 및 반사 층들은 각각 확산 또는 바람직하게는 경면 광 반사를 제공하며 시각적으로 쉽게 인식 가능한 표시기 외양 변화를 제공하기에 적절하게 이격될 때 협동할 수 있는 다양한 재료들로 제조될 수 있다. 적합한 반반사 및 반사 층 재료는 알루미늄, 크롬, 금, 니켈, 규소, 은, 팔라듐, 백금, 티타늄 및 그러한 금속들을 함유하는 합금과 같은 금속; 산화크롬, 산화티타늄 및 산화알루미늄과 같은 금속 산화물; 및 미국 특허 제5,699,188호(길버트(Gilbert) 등), 제5,882,774호(존자(Jonza) 등) 및 제6,049,419호(휘틀리(Wheatley) 등), 및 PCT 출원 공개 WO 97/01778호(오우더커크(Ouderkirk) 등)에 설명되어 있는 (복굴절성 다층 광학 필름을 포함한) 다층 광학 필름을 포함한다. 반반사 및 반사 층은 동일하거나 상이할 수 있다. 금속 나노입자 코팅(예컨대, 금속 나노입자 잉크)이 발명의 명칭이 '침투성 나노입자 반사기'인 공동 계류 중인 미국 특허 출원 제11/530,619호에 설명된 바와 같이, 반사 층을 형성하도록 채용될 수 있다.The semi-reflective and reflective layers can be made of various materials that can cooperate when respectively spaced apart to provide diffuse or preferably specular light reflection and to provide a visually easily recognizable indicator appearance change. Suitable semireflective and reflective layer materials include metals such as aluminum, chromium, gold, nickel, silicon, silver, palladium, platinum, titanium and alloys containing such metals; Metal oxides such as chromium oxide, titanium oxide and aluminum oxide; And US Pat. Nos. 5,699,188 (Gilbert et al.), 5,882,774 (Jonza et al.) And 6,049,419 (Wheatley et al.), And PCT Application Publication WO 97/01778 (Oderkirk). Multilayer optical films (including birefringent multilayer optical films) described in (Ouderkirk et al.). The semireflective and reflective layers can be the same or different. Metal nanoparticle coatings (eg, metal nanoparticle inks) may be employed to form reflective layers, as described in co-pending US patent application Ser. No. 11 / 530,619, entitled 'Intrusive Nanoparticle Reflector'. .

반반사 층은 반사 층보다 덜 반사성이고, 일부 입사광을 투과시킨다. 반반사 층은, 예를 들어 약 2 내지 50 ㎚의 물리적 두께, 약 20 내지 약 80%의 500 ㎚에서의 광 투과율, 및 약 80 내지 약 20%의 500 ㎚에서의 반사율을 가질 수 있다. 반반사 층 자체는 증기에 대해 불침투성일 수 있고, (그러하다면, 바람직하게는 연속적이고), 적합한 기판 상에 또는 그에 인접하여 선택적으로 코팅될 수 있다. 반반사 층은 또한 증기에 대해 침투성일 수도 있고 (그러하다면, 예를 들어 불연속적이거나 반연속적일 수 있고), 적합한 증기 불침투성 기판 상에 또는 그에 인접하여 코팅될 수 있다. 검출 층에 인접한 반반사 층의 면은 바람직하게는 약 ± 10 ㎚ 이내로 편평하다.The antireflective layer is less reflective than the reflective layer and transmits some incident light. The semireflective layer can have, for example, a physical thickness of about 2 to 50 nm, a light transmittance at 500 nm of about 20 to about 80%, and a reflectance at 500 nm of about 80 to about 20%. The semi-reflective layer itself may be impermeable to vapor and (if so preferably continuous), may be selectively coated on or adjacent to a suitable substrate. The semireflective layer may also be permeable to steam (if so, for example, discontinuous or semicontinuous) and may be coated on or adjacent to a suitable vapor impermeable substrate. The plane of the semireflective layer adjacent to the detection layer is preferably flat within about ± 10 nm.

반사 층은, 예를 들어 약 1 내지 약 500 ㎚의 물리적 두께, 약 0 내지 약 80%의 500 ㎚에서의 광 투과율, 및 약 100 내지 약 20%의 500 ㎚에서의 반사율을 가질 수 있다. 반사 층은 바람직하게는 다공성이거나, 패턴화되거나, 불연속적이거나, 반연속적이거나, 또는 이와 달리 증기가 흡착 매체로부터 반사 층을 통해 검출 층 내로 통과할 수 있도록 충분히 침투성일 수 있다. 원하는 기공 또는 불연속성은 적합한 침착 기술을 통해 또는 선택적 에칭, 반응성 이온 에칭 또는 패턴화된 레이저 제거와 같은 적절한 침착후 처리를 통해 달성될 수 있다. 반사 층은 또한 충전된 나노입자들의 증기 침투성 층을 형성하도록 전술된 공동 계류 중인 미국 특허 출원 제11/530,619호에 설명된 바와 같이 증기 침투성 금속 나노입자 층을 침착함으로써 형성될 수도 있고, 기공은 나노입자들 사이의 간극에 의해 제공된다. 필요하다면, 불연속성은 형상, 문자, 부호, 또는 메시지의 패턴으로 반사 층 내에 형성될 수 있다. 이는 관심 대상의 증기(들)에 대한 노출 시에 구분 가능한 패턴이 출현 또는 소멸하게 할 수 있다. 관찰자는 전체 표시기 필름의 비색 변화를 구분하는 것보다 그러한 패턴의 대조 색을 구분하는 것을 더 쉽게 알 수 있다.The reflective layer can, for example, have a physical thickness of about 1 to about 500 nm, a light transmittance at 500 nm of about 0 to about 80%, and a reflectance at 500 nm of about 100 to about 20%. The reflective layer is preferably porous, patterned, discontinuous, semicontinuous or otherwise sufficiently permeable to allow vapor to pass from the adsorption medium through the reflective layer into the detection layer. Desired porosity or discontinuity can be achieved through suitable deposition techniques or through appropriate post-deposition treatments such as selective etching, reactive ion etching or patterned laser ablation. The reflective layer may also be formed by depositing a vapor permeable metal nanoparticle layer as described in co-pending US patent application Ser. No. 11 / 530,619 described above to form a vapor permeable layer of filled nanoparticles, the pores being nano Provided by the gap between the particles. If desired, discontinuities can be formed in the reflective layer in a pattern of shapes, letters, symbols, or messages. This may cause a distinguishable pattern to appear or disappear upon exposure to the vapor (s) of interest. The observer may find it easier to distinguish the contrast color of such a pattern than to distinguish the colorimetric changes of the entire indicator film.

검출 층 혼합물은 균질 또는 비균질일 수 있고, 예를 들어 무기 성분들의 혼합물, 유기 성분들의 혼합물, 또는 무기 및 유기 성분들의 혼합물로 제조될 수 있다. 성분들의 혼합물로 제조된 검출 층은 분석물 그룹의 개선된 검출을 제공할 수 있다. 검출 층은 바람직하게는 흡착 매체와 유사한 증기 흡착 특성을 제공하도록 선택된 일정 범위의 기공 크기 또는 표면적을 갖는다. 적합한 다공성은 미국 특허 제6,573,305 B1호(썬호스트(Thunhorst) 등)에 설명되어 있는 것과 같은, 높은 내부 상 에멀전으로 제조된 발포체와 같은 다공성 재료를 사용함으로써 얻어질 수 있다. 다공성은 또한 미공성 재료를 생성하기 위한 이산화탄소 발포(문헌["Macromolecules", 2001, vol. 34, pp. 8792-8801] 참조)를 통해, 또는 중합체 블렌드의 나노상 분리(문헌["Science", 1999, vol. 283, p. 520] 참조)에 의해, 얻어질 수도 있다. 대체로, 기공 직경은 바람직하게는 원하는 표시기 색상의 피크 파장보다 더 작다. 예컨대 약 0.5 내지 약 20 ㎚, 0.5 내지 약 10 ㎚, 또는 0.5 내지 약 5 ㎚의 평균 기공 크기를 갖는 나노 크기의 기공이 바람직하다.The detection layer mixture can be homogeneous or heterogeneous and can be made, for example, of a mixture of inorganic components, a mixture of organic components, or a mixture of inorganic and organic components. Detection layers made of a mixture of components can provide improved detection of analyte groups. The detection layer preferably has a range of pore sizes or surface areas selected to provide vapor adsorption properties similar to the adsorption medium. Suitable porosity can be obtained by using a porous material, such as a foam made of a high internal phase emulsion, such as described in US Pat. No. 6,573,305 B1 (Thunhorst et al.). Porosity can also be achieved through carbon dioxide foaming (see "Macromolecules", 2001, vol. 34, pp. 8792-8801) to produce microporous materials, or by nanophase separation of polymer blends ("Science", 1999, vol. 283, p. 520). In general, the pore diameter is preferably smaller than the peak wavelength of the desired indicator color. Nano-sized pores having an average pore size of, for example, about 0.5 to about 20 nm, 0.5 to about 10 nm, or 0.5 to about 5 nm are preferred.

대표적인 무기 검출 층 재료는 다공성 실리카, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산질화물 및 광학 간섭에 의해 색 또는 비색 변화를 생성하기에 적절한 두께의 투명한 다공성 층으로 형성될 수 있는 다른 무기 재료를 포함한다. 예를 들어, 무기 검출 층 재료는 산화규소, 질화규소, 산질화규소, 산화알루미늄, 산화티타늄, 질화티타늄, 산질화티타늄, 산화주석, 산화지르코늄, 제올라이트 또는 이들의 조합일 수 있다. 다공성 실리카가 그의 강인성 및 습식 에칭 처리와의 양립성으로 인해 특히 바람직한 무기 검출 층 재료이다.Representative inorganic detection layer materials include porous silica, metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides, and other inorganic materials that may be formed into a transparent porous layer of a thickness suitable to produce color or colorimetric changes by optical interference. For example, the inorganic detection layer material may be silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, aluminum oxide, titanium oxide, titanium nitride, titanium oxynitride, tin oxide, zirconium oxide, zeolite, or a combination thereof. Porous silica is a particularly preferred inorganic detection layer material because of its toughness and compatibility with wet etching treatment.

다공성 실리카는, 예를 들어 졸-겔 처리 루트를 사용하여 제조될 수 있고 유기 템플릿과 함께 또는 유기 템플릿이 없이 제조될 수 있다. 예시적인 유기 템플릿은 계면 활성제, 예컨대 알킬트라이메틸암모늄염, 폴리(에틸렌옥사이드-코-프로필렌 옥사이드) 블록 공중합체 및 당업자에게 명백할 다른 계면 활성제 또는 중합체와 같은 음이온성 또는 비이온성 계면활성제를 포함한다. 졸-겔 혼합물은 규산염으로 변환될 수 있고, 유기 템플릿은 제거되어 실리카 내에 미세 기공의 네트워크를 남길 수 있다. 대표적인 다공성 실리카 재료는 문헌[Ogawa et al., Chem. Commun. pp. 1149-1150 (1996), in Kresge et al., Nature, Vol. 359, pp. 710-712 (1992)], 문헌[Jia et al., Chemistry Letters, Vol. 33(2), pp. 202-203 (2004)] 및 미국 특허 제5,858,457호(브링커(Brinker) 등)에 설명되어 있다. 다양한 유기 분자가 또한 유기 템플릿으로서 채용될 수 있다. 예를 들어, 포도당 및 만노스와 같은 당이 다공성 규산염을 생성하기 위한 유기 템플릿으로서 사용될 수 있다 (문헌[Wei et al, Adv. Mater.1998, Vol. 10, p. 313 (1998)] 참조). 유기 치환 실록산 또는 유기 비스-실록산이 졸-겔 조성물 내에 포함되어, 미세 기공을 더 소수성으로 만들고 수증기의 흡착을 제한할 수 있다. 플라즈마 화학 기상 증착이 또한 다공성 무기 검출 재료를 생성하기 위해 채용될 수 있다. 이러한 방법은 대체로 기체 전구체로부터 플라즈마를 형성함으로써 분석물 검출 층을 형성하는 단계와, 비정질 무작위 공유 네트워크 층을 형성하기 위해 기판 상에 플라즈마를 침착시키는 단계와, 그 다음 미공성 비정질 무작위 공유 네트워크 층을 형성하기 위해 비정질 공유 네트워크 층을 가열하는 단계를 포함한다. 그러한 재료의 예는 미국 특허 제6,312,793호(그릴(Grill) 등) 및 2005년 12월 21일자로 출원된 발명의 명칭이 '플라즈마 침착된 미공성 분석물 검출 층'인 미국 특허 출원 제11/275,277호에 설명되어 있다.Porous silica can be prepared, for example, using a sol-gel treatment route and can be prepared with or without an organic template. Exemplary organic templates include anionic or nonionic surfactants such as surfactants such as alkyltrimethylammonium salts, poly (ethyleneoxide-co-propylene oxide) block copolymers and other surfactants or polymers that will be apparent to those skilled in the art. The sol-gel mixture can be converted to a silicate and the organic template can be removed leaving a network of micropores in the silica. Representative porous silica materials are described in Ogawa et al., Chem. Commun. pp. 1149-1150 (1996), in Kresge et al., Nature, Vol. 359, pp. 710-712 (1992), Jia et al., Chemistry Letters, Vol. 33 (2), pp. 202-203 (2004) and US Pat. No. 5,858,457 (Brinker et al.). Various organic molecules can also be employed as the organic template. For example, sugars such as glucose and mannose can be used as organic templates for producing porous silicates (see Wei et al, Adv. Mater. 1998, Vol. 10, p. 313 (1998)). Organic substituted siloxanes or organic bis-siloxanes can be included in the sol-gel composition to make the micropores more hydrophobic and limit the adsorption of water vapor. Plasma chemical vapor deposition may also be employed to create the porous inorganic detection material. Such methods generally include forming an analyte detection layer by forming a plasma from a gaseous precursor, depositing a plasma on the substrate to form an amorphous random shared network layer, and then forming a microporous amorphous random shared network layer. Heating the amorphous shared network layer to form. Examples of such materials are described in U.S. Patent No. 6,312,793 (Grill et al.) And US patent application Ser. No. 11 / 275,277 filed December 21, 2005, entitled 'Plasma Deposition Microporous Analyte Detection Layer'. It is described in the issue.

대표적인 유기 검출 층 재료는 소수성 아크릴레이트 및 메타크릴레이트, 2작용성 단량체, 비닐 단량체, 탄화수소 단량체(올레핀), 실란 단량체, 플루오르화 단량체, 하이드록실화 단량체, 아크릴아미드, 무수물, 알데히드-작용기 단량체, 아민- 또는 아민염-작용기 단량체, 산-작용기 단량체, 에폭사이드-작용기 단량체 및 이들의 혼합물 또는 조합을 포함한 단량체의 부류로부터 제조되거나 제조 가능한 중합체, (블록 공중합체를 포함한) 공중합체, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 전술한 미국 특허 출원 공개 제2004/0184948 A1호는 그러한 단량체들의 포괄적인 목록을 포함하고, 추가의 세부 사항에 대해서는 이를 참조한다. 전술한 고유 미공성을 갖는 중합체(PIM)는 특히 바람직한 검출 층을 제공한다. PIM은 전형적으로 미공성 고체를 형성하는 비네트워크 중합체이다. 전형적으로 높은 강성 및 뒤틀린 분자 구조로 인해, PIM은 공간을 효율적으로 충전할 수 없어서, 개시된 미공성 구조를 제공한다. 적합한 PIM은 문헌["Polymers of intrinsic microporosity (PIMs): robust, solution-processable, organic microporous materials," Budd et al., Chem. Commun., 2004, pp. 230-231]에 개시되어 있는 중합체를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 추가의 PIM은 문헌[Budd et al., J. Mater. Chem., 2005, 15, pp. 1977-1986], 문헌[McKeown et al., Chem. Eur. J. 2005, 11, No. 9, 2610-2620] 및 PCT 공개 WO 2005/012397 A2호(맥권(McKeown) 등)에 개시되어 있다.Representative organic detection layer materials include hydrophobic acrylates and methacrylates, difunctional monomers, vinyl monomers, hydrocarbon monomers (olefins), silane monomers, fluorinated monomers, hydroxylated monomers, acrylamides, anhydrides, aldehyde-functional monomers, Polymers prepared or preparable from the class of monomers including amine- or amine salt-functional monomers, acid-functional monomers, epoxide-functional monomers and mixtures or combinations thereof, copolymers (including block copolymers), and their Mixtures. U.S. Patent Application Publication No. 2004/0184948 A1, supra, contains a comprehensive list of such monomers, see further details for further details. Polymers having intrinsic microporosity as described above (PIM) provide particularly preferred detection layers. PIM is typically a nonnetworked polymer that forms a microporous solid. Due to the typically high stiffness and twisted molecular structure, the PIM cannot fill the space efficiently, providing the disclosed microporous structure. Suitable PIMs are described in "Polymers of intrinsic microporosity (PIMs): robust, solution-processable, organic microporous materials," Budd et al., Chem. Commun., 2004, pp. 230-231, including but not limited to polymers. Additional PIMs are described by Buddha et al., J. Mater. Chem., 2005, 15, pp. 1977-1986, McKeown et al., Chem. Eur. J. 2005, 11, No. 9, 2610-2620 and PCT Publication WO 2005/012397 A2 (McKeown et al.).

유기 검출 층 내의 하나 이상의 중합체들은 적어도 부분적으로 가교결합될 수 있다. 가교결합은 기계적 안정성 및 일정한 분석물에 대한 감도를 증가시킬 수 있기 때문에 몇몇 실시 형태에서 바람직할 수 있다. 가교결합은 하나 이상의 다작용성 단량체를 검출 층 내로 혼입함으로써, 검출 층을 예컨대 전자 빔 또는 감마 선 처리를 받게 함으로써, 검출 층 내에 배위 화합물 또는 이온성 화합물을 첨가하거나 형성함으로써, 또는 검출 층 내에 수소 결합을 형성함으로써, 달성될 수 있다. 하나의 예시적인 실시 형태에서, 가교결합은 이후에 가교결합된 시스템으로부터 추출되어 다공성 검출 층을 생성할 수 있는 포로겐(porogen)의 존재 시에 수행된다. 적합한 포로겐은 노르말 알칸(예컨대, 데칸) 또는 방향족(예컨대, 벤젠 또는 톨루엔)과 같은 불활성 유기 분자를 포함하지만 이로 한정되지 않는다. 다른 가교결합된 중합체는 전술한 고도로 가교결합된 스티렌계 중합체를 포함한다.One or more polymers in the organic detection layer may be at least partially crosslinked. Crosslinking may be desirable in some embodiments because it can increase mechanical stability and sensitivity to certain analytes. Crosslinking involves the incorporation of one or more multifunctional monomers into the detection layer, subjecting the detection layer to electron beam or gamma ray treatment, for example by adding or forming a coordination compound or an ionic compound in the detection layer, or hydrogen bonding within the detection layer. Can be achieved. In one exemplary embodiment, crosslinking is performed in the presence of a porogen that can then be extracted from the crosslinked system to produce a porous detection layer. Suitable porogens include but are not limited to inert organic molecules such as normal alkanes (eg decane) or aromatics (eg benzene or toluene). Other crosslinked polymers include the highly crosslinked styrenic polymers described above.

원한다면, 검출 층 재료는 그의 표면 특성 또는 흡착 특성을 개질시키도록 처리될 수 있다. 다양한 그러한 처리가, 예컨대 무기 검출 층의 미세 기공을 적합한 유기실란 화합물에 노출시킴으로써 채용될 수 있다. 검출 층은 아울러 또는 그 대신에 반반사 또는 반사 층과 검출 층 사이의 접착을 증진시키기 위해 적합한 접착 증진 재료(예컨대, 티타늄 또는 다른 적합한 금속으로 제조된 결속 층)로 처리될 수 있다. 그러한 처리는 또한 검출 층에 대한 접착을 증진시키기 위해 반반사 또는 반사 층에 적용될 수 있다.If desired, the detection layer material can be treated to modify its surface or adsorption properties. Various such treatments can be employed, for example, by exposing the micropores of the inorganic detection layer to a suitable organosilane compound. The detection layer may, in addition or instead, be treated with a suitable adhesion promoting material (eg, a binding layer made of titanium or other suitable metal) to promote adhesion between the semireflective or reflective layer and the detection layer. Such treatment may also be applied to the semi-reflective or reflective layer to enhance adhesion to the detection layer.

많은 응용에서, 검출 층은 바람직하게는 소수성이다. 이는 수증기(또는 액체 물)가 검출 층의 광학 두께의 변화를 일으켜서 분석물의 검출을, 예를 들어 유기 용제 증기의 검출을 방해할 가능성을 감소시킬 것이다.In many applications, the detection layer is preferably hydrophobic. This will reduce the likelihood that water vapor (or liquid water) will cause a change in the optical thickness of the detection layer to interfere with the detection of the analyte, for example the detection of organic solvent vapors.

검출 층은 단일 층으로부터 또는 둘 이상의 하위 층으로 제조될 수 있다. 하위 층들은 다양한 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 이들은 나란히 배열되거나 적층될 수 있다. 하위 층들은 또한 상이한 관심 대상의 증기들을 흡수하도록 선택된 상이한 재료들로 제조될 수 있다. 하나의 층 또는 한 세트의 하위 층들은 불연속적이거나 패턴화될 수 있다. 패턴은 분석물에 대한 노출 시에 착색된 이미지, 단어, 또는 메시지를 생성하거나 제거하여, 사용자에게 쉽게 식별 가능한 경고를 제공할 수 있다. 층 또는 하위 층 패턴은 또한 특정 분석물에 대해 반응하는 하나 이상의 부분 및 동일한 분석물에 대해 반응하지 않는 하나 이상의 부분을 제공함으로써 형성될 수 있다. 반응성 재료의 패턴은 또한, 예컨대 분석물이 흡수될 때까지 광학 두께의 차이가 전혀 보이지 않도록 패턴화된 층을 충분히 얇게 제조함으로써, 더 큰 비반응성 하위 층 상에 침착될 수 있다. 검출 층의 두께는 또한, 예컨대 미국 특허 제6,010,751호(쇼(Shaw) 등)에 설명된 바와 같이, 패턴화될 수 있다. 이는 패턴이 (예를 들어, 더 얇은 부분이 더 두꺼운 부분과 동일한 두께로 팽창하는 경우) 소멸하거나 (예를 들어, 일부가 인접 부분보다 더 작은 두께로 수축하는 경우) 나타나는 것을 허용할 수 있다.The detection layer can be made from a single layer or from two or more sublayers. The lower layers can have various configurations. For example, they can be arranged side by side or stacked. Sublayers may also be made of different materials selected to absorb different vapors of interest. One layer or a set of sublayers may be discontinuous or patterned. The pattern may generate or remove colored images, words, or messages upon exposure to the analyte, to provide a user with easily identifiable alerts. The layer or sublayer pattern can also be formed by providing one or more portions that react to a particular analyte and one or more portions that do not react to the same analyte. The pattern of reactive material can also be deposited on a larger non-reactive sublayer, such as by making the patterned layer sufficiently thin so that no difference in optical thickness is visible until the analyte is absorbed. The thickness of the detection layer can also be patterned, for example as described in US Pat. No. 6,010,751 (Shaw et al.). This may allow the pattern to disappear (eg when the thinner portion expands to the same thickness as the thicker portion) or to disappear (eg when the portion shrinks to a smaller thickness than the adjacent portion).

개시된 장치는 필요하다면 추가의 층 또는 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, (예컨대, 전술한 미국 특허 제4,208,194호에 설명된 바와 같은 섬유화된 PTFE의 매트릭스 내에 활성탄 입자가 매립된 웨브인) 흡착제 장입 복합체의 다공성 층이 반사 층과 흡착 매체 사이에 위치되어, 표시기 내로 침투하는 증기를 균질화하거나 또는 그와 달리 흡착 매체 내의 상태에 대한 표시기 응답을 완화시킬 수 있다.The disclosed apparatus can include additional layers or elements if desired. For example, a porous layer of an adsorbent loading composite (eg, a web in which activated carbon particles are embedded in a matrix of fibrous PTFE as described in US Pat. No. 4,208,194 described above) is positioned between the reflective layer and the adsorption medium, The vapor penetrating into the indicator may be homogenized or otherwise relaxed the indicator response to conditions in the adsorption medium.

개시된 장치는 유기 증기 호흡기, 전력 공급을 받는 공기 정화 호흡기(PAPR), 방호복, 수집형 보호 필터 및 당업자에게 친숙할 다른 적용예를 포함한 다양한 적용예에 대해 사용될 수 있다.The disclosed apparatus can be used for a variety of applications, including organic vapor respirators, powered air purifying respirators (PAPRs), protective clothing, collectable protective filters, and other applications that will be familiar to those skilled in the art.

본 발명은 다음의 예시적인 실시예에서 추가로 설명되는데, 여기서 모든 부 및 백분율은 달리 표시되지 않으면 중량에 의한 것이다. 하기 표 1에 도시된 약어는 몇몇 실시예에서 사용된다.The invention is further illustrated in the following illustrative examples in which all parts and percentages are by weight unless otherwise indicated. The abbreviations shown in Table 1 below are used in some examples.

Figure 112009014332466-pct00002
Figure 112009014332466-pct00002

실시예 1Example 1

불침투성 반반사 층, 다공성 실리카 검출 층 및 증기 침투성 반사 층을 포함하는 다층 필름 표시기를 다음과 같이 제조하였다. 먼저 유리 슬라이드를 AuPd (60:40의 Au/Pd 질량비) 타겟을 구비한 덴톤 배큠 데스크 II (Denton Vacuum Desk II) 스퍼터 코팅기를 사용하여 스퍼터 코팅하여, 대략 5 ㎚ 두께의 반반사 층을 제공하였다. 스퍼터 코팅 전력 및 코팅 지속 시간은 13.3 ㎩(100 밀리토르)의 진공 하에서, 각각 35 밀리암페어 및 20초였다. 다공성 실리카 필름을 졸-겔 용액 침지 코팅에 의해 반반사 층 상에 침착하였다. 실리카 졸은 2단계 가수분해 공정을 사용하여 제조하였다. 단계 1에서, 231.6 부의 테트라에톡시실란, 195.2 부의 순수 에탄올, 17.28 부의 탈이온수 및 0.715 부의 0.07N HCl을 용기 내에서 조합하고 60℃에서 90분 동안 가열하면서 교반하여, 실리카 졸을 형성하였다. 단계 2에서, 122.97 부의 단계 1의 실리카 졸, 17.50 부의 0.07 N HCl 및 5.75 부의 탈이온수를 비커 내에서 조합하여 외부 가열 없이 15분 동안 교반하였다. 결과적인 졸-겔 용액을 50℃로 가열하면서 추가로 15분 동안 교반하였고, 그 다음 263.32 부의 순수 에탄올로 희석하였다. 에틸 셀룰로오스를 포함하는 코팅 용액을 25.25 부의 단계 2의 졸-겔 용액, 25.00 부의 아이소프로필 알코올 및 (다우 케미컬 컴퍼니(Dow Chemical Company)로부터의) 1.71 부의 에토셀(ETHOCEL™) 스탠다드 20 프리미엄(Standard 20 Premium) 에틸 셀룰로오스를 조합하고, 에틸 셀룰로오스를 완전히 용해시키기 위해 커버로 덮인 용기 내에서 하룻밤(16시간 동안)을 교반함으로써 제조하였다.A multilayer film indicator comprising an impermeable semireflective layer, a porous silica detection layer and a vapor permeable reflective layer was prepared as follows. The glass slides were first sputter coated using a Denton Vacuum Desk II sputter coater equipped with an AuPd (Au / Pd mass ratio of 60:40) target to provide an approximately 5 nm thick semireflective layer. Sputter coating power and coating duration were 35 milliamps and 20 seconds, respectively, under vacuum of 13.3 kPa (100 millitorr). Porous silica films were deposited on the antireflective layer by sol-gel solution dip coating. Silica sol was prepared using a two step hydrolysis process. In step 1, 231.6 parts of tetraethoxysilane, 195.2 parts of pure ethanol, 17.28 parts of deionized water and 0.715 parts of 0.07N HCl were combined in a vessel and stirred with heating at 60 ° C. for 90 minutes to form a silica sol. In step 2, 122.97 parts of step 1 silica sol, 17.50 parts of 0.07 N HCl and 5.75 parts of deionized water were combined in a beaker and stirred for 15 minutes without external heating. The resulting sol-gel solution was stirred for an additional 15 minutes while heating to 50 ° C. and then diluted with 263.32 parts of pure ethanol. The coating solution comprising ethyl cellulose was prepared using 25.25 parts of step 2 sol-gel solution, 25.00 parts of isopropyl alcohol and 1.71 parts of ETHOCEL ™ Standard 20 Premium (from Dow Chemical Company). Premium) Ethyl cellulose was combined and prepared by stirring overnight (16 h) in a covered container to completely dissolve the ethyl cellulose.

AuPd로 코팅된 유리 슬라이드를 코팅 공정 중에 수분 응축을 방지하기 위해 30% 미만의 상대 습도로 유지되는 엔클로저 내에서, 10 ㎝/분 취출 속도를 사용하여 코팅 용액 내에서 침지 코팅하였다. 이는 졸-겔 코팅을 슬라이드의 양 측면에 도포하였다. 코팅은 투명했기 때문에, 일 측면 상의 코팅은 다공성 검출 층을 제조하도록 사용되고, 타 측면 상의 코팅은 최종 관찰 표면 상에 잔류하여, 양 측면 상에 잔류하도록 허용될 수 있었다. 코팅된 샘플을 2분 동안 습도 제어식 엔클로저 내에서 건조시켰다. 다음으로 코팅된 슬라이드를 11분의 가열 시간, 400℃에서의 8분의 유지 시간, 및 11분의 냉각 시간을 포함한 30분의 가열 사이클을 이용하여 400℃의 벨트 노 내에서 가열하였다. 유기물의 완전한 탈수 및 열분해를 보장하기 위해, 슬라이드를 400℃까지의 2시간의 가열 시간, 400℃에서 1시간의 유지 시간, 및 실온으로 복귀하는 10시간의 냉각 시간을 포함한 13 시간의 가열 사이클을 사용하는 공기 분위기 박스 노 내에서 재가열하였다. 다음으로 슬라이드의 일 측면 상의 실리카 층을 0.0013 ㎩(1 × 10-5 토르)의 기본 압력에서 작동되는 CHA 인더스트리즈 마크-50(CHA Industries Mark-50) 증발 코팅기와, 티타늄 층에 대해 (세락, 인크.(Cerac, Inc.)로부터의) No. T-2003 99.995% 순수 진공 침착 등급 6 ㎜ × 6 ㎜ 펠렛 및 알루미늄 층에 대해 (또한, 세락, 인크.로부터의) No. A-2049 99.99% 순수 진공 침착 등급 6 ㎜ × 6 ㎜ 펠렛을 사용하여, 10 ㎚ 두께의 Ti 결속 층 및 100 ㎚ 두께의 알루미늄 반사기 층으로 코팅하였다.Glass slides coated with AuPd were dip coated in a coating solution using a 10 cm / min draw rate in an enclosure maintained at a relative humidity of less than 30% to prevent moisture condensation during the coating process. It applied a sol-gel coating on both sides of the slide. Since the coating was transparent, the coating on one side could be used to make a porous detection layer, and the coating on the other side could be allowed to remain on both sides, remaining on the final viewing surface. The coated sample was dried in a humidity controlled enclosure for 2 minutes. The coated slides were then heated in a belt furnace at 400 ° C. using a 30 minute heating cycle including 11 minutes of heating time, 8 minutes of holding time at 400 ° C., and 11 minutes of cooling time. To ensure complete dehydration and pyrolysis of the organics, the slides were subjected to a 13 hour heating cycle including a 2 hour heating time to 400 ° C., a 1 hour holding time at 400 ° C., and a 10 hour cooling time to return to room temperature. It was reheated in the air atmosphere box furnace used. The silica layer on one side of the slide was then subjected to a CHA Industries Mark-50 evaporation coater operating at a base pressure of 0.0013 kPa (1 × 10 −5 Torr), From Cerac, Inc. T-2003 99.995% pure vacuum deposition grade 6 mm x 6 mm for pellets and aluminum layers (also from Cerac, Inc.) No. A-2049 99.99% pure vacuum deposition grade 6 mm × 6 mm pellets were used to coat 10 nm thick Ti binding layers and 100 nm thick aluminum reflector layers.

알루미늄 반사 층을 증기 침투성으로 만들기 위해 습식 화학 에칭에 의한 포토리소그래피 공정을 채용하였다. (제이.티. 베이커(J.T. Baker)로부터의) 헥사메틸다이실라잔 접착 증진제를 2500 rpm으로 알루미늄 층 상에 스핀 코팅하였고, 이어서 (시플리, 엘엘씨(Shipley, LLC)로부터의) PR 1813 포지티브 포토레지스트의 스핀 코팅 층을 4000 rpm 으로 도포하여, 1.3 마이크로미터 두께의 필름을 제공하였다. 포토레지스트를 96℃에서 30분 동안 베이킹하였고, 그 다음 슬라이드의 2개 섹션 위의 포토마스크를 통해, 14 ㎽/㎠의 UV 세기로, 9초 동안 UV 광에 노출시켰다. 제1 섹션은 10 마이크로미터 피치로 이격된 3 마이크로미터 직경의 구멍들의 규칙적인 어레이를 갖는 저 에칭 포토마스크를 채용하였다. 제2 섹션은 5 마이크로미터 피치로 이격된 3 마이크로미터 구멍들의 규칙적인 어레이를 갖는 고 에칭 포토마스크를 채용하였다. 노광 후에, 슬라이드를 45초 동안 (시플리, 엘엘씨로부터의) MF319 현상제 내에 침지시키고, 그 다음 120℃에서 30분 동안 하드베이킹하였다. 현상제는 조사된 구멍 영역 내에서 포지티브 포토레지스트를 제거하여 도 5a 및 도 5b에 도시된 것과 같은 물품(50)을 제공하였고, 여기서 52는 최종 박막 다층 표시기를 표시하고, 53은 표시기(52)가 관찰될 유리 기판을 표시하고, 54는 Au/Pd 반반사 층을 표시하고, 55는 다공성 실리카 검출 층을 표시하고, 56은 알루미늄 반사 층을 표시하고, 57은 포토레지스트(58) 내의 구멍을 표시한다.A photolithography process by wet chemical etching was employed to make the aluminum reflective layer vapor permeable. Hexamethyldisilazane adhesion promoter (from JT Baker) was spin coated onto an aluminum layer at 2500 rpm and then PR 1813 positive (from Shipley, LLC). A spin coating layer of photoresist was applied at 4000 rpm to give a 1.3 micrometer thick film. The photoresist was baked at 96 ° C. for 30 minutes and then exposed to UV light for 9 seconds, with a UV intensity of 14 kW / cm 2, through a photomask on two sections of the slide. The first section employed a low etch photomask with a regular array of holes of 3 micrometer diameter spaced at 10 micrometer pitch. The second section employed a high etch photomask with a regular array of 3 micron holes spaced at a 5 micron pitch. After exposure, the slides were immersed in the MF319 developer (from Shipley, LC) for 45 seconds and then hardbaked at 120 ° C. for 30 minutes. The developer removed the positive photoresist within the irradiated hole area to provide an article 50 as shown in FIGS. 5A and 5B, where 52 denotes the final thin film multilayer indicator and 53 denotes the indicator 52. Denotes a glass substrate to be observed, 54 denotes an Au / Pd antireflective layer, 55 denotes a porous silica detection layer, 56 denotes an aluminum reflective layer, and 57 denotes a hole in the photoresist 58. Display.

알루미늄 층(56)의 습식 에칭을 500 밀리리터 농축 H3PO4, 19.4 밀리리터 농축 HNO3, 96.8 밀리리터 농축 아세트산, 32.2 밀리리터 H2O 및 0.6 밀리리터 에틸렌 글리콜을 조합하여 제조된 산성 에칭 용액을 사용하여 32℃에서 90초 동안 수행하였다. 에칭된 필름을 즉시 탈이온수 내에서 헹궜다. 다음으로, Ti 층을 100 밀리리터 0.1 M EDTA, 8 밀리리터 농축 NH4OH 및 20 밀리리터 30% H2O2를 조합하여 제조된 염기성 에칭 용액을 사용하여 에칭하였다. 에칭된 필름을 다시 즉시 탈이온수 내에서 헹궜다. 마지막으로, 잔류하는 포토레지스트(58)를 (또한 시플리, 엘엘씨로부터의) 1165 제거기를 사용하여 알루미늄 층(56)에서 박리시켜, 도 6a 및 도 6b에 도시된 것과 같은 완성된 박막 다층 표시기(60)를 제공하였고, 여기서 66은 증기 침투성 알루미늄 반사 층을 표시하고 67은 알루미늄 층(66) 내의 구멍을 표시한다.Wet etching of aluminum layer 56 was performed using an acidic etching solution prepared by combining 500 milliliters of concentrated H 3 PO 4 , 19.4 milliliters of concentrated HNO 3 , 96.8 milliliters of concentrated acetic acid, 32.2 milliliters of H 2 O, and 0.6 milliliters of ethylene glycol. 90 ° C. was performed for 90 seconds. The etched film was immediately rinsed in deionized water. Next, the Ti layer was etched using a basic etching solution prepared by combining 100 milliliters 0.1 M EDTA, 8 milliliters concentrated NH 4 OH and 20 milliliters 30% H 2 O 2 . The etched film was immediately rinsed again in deionized water. Finally, the remaining photoresist 58 is stripped from the aluminum layer 56 using a 1165 remover (also from Sifli, ELC) to complete the thin film multilayer indicator as shown in FIGS. 6A and 6B. 60 is provided, where 66 indicates a vapor permeable aluminum reflective layer and 67 indicates a hole in the aluminum layer 66.

실시예Example 2 2

실시예 1의 박막 표시기(60)를 3가지 상이한 증기 경로를 사용하여 평가하였다. 제1 증기 경로가 도 7에 도시되어 있다. 유기 증기 함유 공기 흐름(72)이 유리 기판(53) 위의 표시기(60)를 가로질러 유동하였다. 증기 침투성 알루미늄 반사 층(66)에 대항하여 위치된 직조된 카본지(74)의 작은 조각이 공기 흐름(72) 내의 유기 증기가 다공성 실리카 검출 층(55)에 도달하는 경로를 허용하였다. 광원(77)으로부터의 광선(76)과 같은 입사 광선이 반반사 층(54)에 의해 제1 반사 광선(78a)으로서 반사되고 알루미늄 층(66)에 의해 제2 반사 광선(78b)으로서 반사되었다. 제2 증기 경로가 도 8에 도시되어 있다. 도 8은 도 7과 유사하지만, 유기 증기 함유 공기 흐름(72)은 증기 침투성 알루미늄 반사 층(66)에 대항하여 위치된 글래스 울(84)의 조각을 통해 다공성 실리카 검출 층(55)에 도달하였다. 제3 증기 경로가 도 9에 도시되어 있다. 도 9는 도 7 및 도 8과 유사하지만, 유기 증기 함유 공기 흐름(72)은 가요성 미공성 탄소 장입 부직포 웨브(94)의 조각을 통해 다공성 실리카 검출 층(55)에 도달하였다. 웨브(94)는 미국 특허 출원 공개 제2006/0096911 A1호(브레이 등)에 설명된 바와 같이 제조된, (헌츠만 인터내셔널 엘엘씨(Huntsman International LLC)로부터의) 이로그란(IROGRAN™) PS 440-200 열가소성 폴리우레탄으로 제조된 탄성 섬유질 웨브 전체에 분산된, (퍼시픽 액티베이티드 카본 컴퍼니(Pacific Activated Carbon Co.)로부터의) 코코넛 껍질로부터 유도된 40 × 140 메시 활성탄 미립자의 (약 0.22 g/cc의 유효 탄소 밀도에 대응하는) 약 500 g/㎡을 함유하였다. 샘플 스펙트럼을 백색 광원, 광섬유 반사 프로브, 및 분광기를 사용하여 모니터링하였다. 도 10은 각각의 증기 경로에 대한 파장 변이 대 ppm 톨루엔 침입의 그래프를 도시하는 데, 여기서 곡선 A, B 및 C는 각각 도 7, 도 8 및 도 9에 도시된 증기 경로에 대응한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 3개의 모든 증기 경로는 주어진 톨루엔 침입 수준에서 유사한 파장 변이를 제공하였다. 곡선 C는 또한 미공성 탄소 장입 웨브와 흡착 경쟁 상태에 있을 때에도 표시기(60)가 그의 성능을 유지하였다는 것을 도시한다.The thin film indicator 60 of Example 1 was evaluated using three different vapor paths. The first vapor path is shown in FIG. 7. An organic vapor containing air stream 72 flowed across the indicator 60 above the glass substrate 53. Small pieces of woven carbon paper 74 positioned against vapor permeable aluminum reflective layer 66 allowed the path for organic vapor in air stream 72 to reach porous silica detection layer 55. Incident light rays, such as light ray 76 from light source 77, were reflected by semi-reflective layer 54 as first reflected light 78a and reflected by aluminum layer 66 as second reflected light 78b. . The second vapor path is shown in FIG. 8. FIG. 8 is similar to FIG. 7, but the organic vapor containing air stream 72 reached the porous silica detection layer 55 through a piece of glass wool 84 positioned against the vapor permeable aluminum reflective layer 66. . The third vapor path is shown in FIG. 9. 9 is similar to FIGS. 7 and 8, but the organic vapor-containing air stream 72 reached the porous silica detection layer 55 through a piece of flexible microporous carbon loaded nonwoven web 94. Web 94 is from IROGRAN ™ PS 440- (from Huntsman International LLC), prepared as described in US Patent Application Publication 2006/0096911 A1 (Bray et al.). (Approximately 0.22 g / cc) of 40 × 140 mesh activated carbon particulate derived from coconut shell (from Pacific Activated Carbon Co.) dispersed throughout an elastic fibrous web made of 200 thermoplastic polyurethane Corresponding to an effective carbon density of about 500 g / m 2. Sample spectra were monitored using a white light source, a fiber optic reflection probe, and a spectrometer. FIG. 10 shows a graph of wavelength variation versus ppm toluene intrusion for each vapor path, where curves A, B and C correspond to the vapor paths shown in FIGS. 7, 8 and 9, respectively. As shown in FIG. 10, all three vapor paths provided similar wavelength variations at a given toluene penetration level. Curve C also shows that the indicator 60 maintained its performance when in adsorption competition with the microporous carbon loading web.

필요하다면, 박막 표시기(60)는 발광 다이오드(LED)와 같은 외부 광원을 사용하여 조명되어 광검출기를 사용하여 평가될 수 있다. 도 11은 파장의 함수로서 50 ppm(곡선 B) 및 2000 ppm(곡선 C) 톨루엔에서의 톨루엔 증기에 대한 박막 표시기(60)의 초기 응답(곡선 A)을 측정함으로써 이루어진 획득된 샘플 스펙트럼을 도시한다. 도 12는 도 11의 획득된 샘플 스펙트럼을 LED 스펙트럼의 가우스 근사치와 곱하고 적합한 광검출기를 사용하여 측정된 (임의의 단위의) 광 세기의 변화를 계산함으로써 얻어진 시뮬레이션을 도시한다. 검출기(예컨대, LED 파장과 정합하도록 선택된 분광 응답을 갖는 PN, PIN, 또는 아발란치 광다이오드)에 의해 수신되는 신호는 LED/샘플 스펙트럼을 적분함으로써 측정된다. 녹색 LED에 대해 512 카운트로 정규화된 초기 신호(도 11 및 도 12의 곡선 A)에서, 청색 LED에 대해 검출된 신호는 50 ppm 톨루엔에 대한 노출 시에 21의 임의 단위만큼 감소하여 (도 11 및 도 12의 곡선 B), 대략 5:1의 신호:잡음(S/N)비가 표준 성분을 사용하여 얻어진다는 것을 표시한다. S/N비는 초기 샘플 스펙트럼을 좁히기 위해 표시기 내에 더 두꺼운 실리카 층을 통합함으로써 추가로 개선될 수 있다. 전체 박막 표시기 두께의 변화는 또한 LED 분광 출력에 대한 피크 변이 위치를 최적화하도록 이루어질 수 있다. 도 11 및 도 12의 곡선 C는 2000 ppm 톨루엔에서의 예상되는 응답을 도시한다.If desired, thin film indicator 60 may be illuminated using an external light source, such as a light emitting diode (LED), and evaluated using a photodetector. FIG. 11 shows sample spectra obtained by measuring the initial response (curve A) of thin film indicator 60 to toluene vapor in 50 ppm (curve B) and 2000 ppm (curve C) toluene as a function of wavelength. . FIG. 12 shows a simulation obtained by multiplying the obtained sample spectrum of FIG. 11 by the Gaussian approximation of the LED spectrum and calculating the change in light intensity (in any unit) measured using a suitable photodetector. The signal received by a detector (eg, a PN, PIN, or Avalanche photodiode with a spectral response selected to match the LED wavelength) is measured by integrating the LED / sample spectrum. In the initial signal normalized to 512 counts for the green LED (curve A in FIGS. 11 and 12), the signal detected for the blue LED decreased by any unit of 21 upon exposure to 50 ppm toluene (FIGS. 11 and Curve B) of FIG. 12 indicates that a signal: noise (S / N) ratio of approximately 5: 1 is obtained using standard components. The S / N ratio can be further improved by incorporating a thicker layer of silica in the indicator to narrow the initial sample spectrum. Changes in overall thin film indicator thickness can also be made to optimize the peak shift position for the LED spectral output. Curve C of FIGS. 11 and 12 shows the expected response at 2000 ppm toluene.

후술되는 실시예에서, 광원 및 분광기는 센서 특성의 변화를 측정하기 위해 사용되었다. 그러나, 개시된 표시기는 주변 조명 하에서 쉽게 관찰될 수 있다는 것이 이해될 것이다.In the examples described below, light sources and spectroscopy were used to measure changes in sensor characteristics. However, it will be understood that the disclosed indicators can be easily observed under ambient lighting.

실시예 3Example 3

박막 표시기를 검출 층으로서 고유 미공성 중합체(PIM)와, 반사 및 검출 층 내의 구멍을 제거하기 위한 레이저를 사용하여 제조하였다.Thin film indicators were prepared using an intrinsic microporous polymer (PIM) as the detection layer and a laser to remove pores in the reflection and detection layers.

PIM 중합체 제조. PIM 중합체는 대체로 문헌[Budd et al. in Advanced Materials, 2004, Vol. 16, No. 5, pp. 456-459]에 보고되어 있는 절차에 따라 단량체 BC 및 FA로 제조하였다. 9.0 그램의 BC를 5.28 g의 FA, 18.0 g의 탄산칼륨, 및 120 밀리리터의 DMF와 조합하고, 혼합물을 70℃에서 24시간 동안 반응시켰다. 결과적인 중합체를 THF 내에 용해시키고, 메탄올로부터 3회 침전시키고, 그 다음 실온 진공 하에서 건조시켰다. 분자량(Mw)이 61,800인 황색 고체 생성물을 얻었다.PIM Polymer Preparation. PIM polymers are generally described in Buddha et al. in Advanced Materials, 2004, Vol. 16, No. 5, pp. 456-459, prepared according to the procedures reported in monomers BC and FA. 9.0 grams of BC were combined with 5.28 g of FA, 18.0 g of potassium carbonate, and 120 milliliters of DMF, and the mixture was reacted at 70 ° C. for 24 hours. The resulting polymer was dissolved in THF, precipitated three times from methanol and then dried under room temperature vacuum. A yellow solid product having a molecular weight (Mw) of 61,800 was obtained.

레이저 처리 구멍을 갖는 PIM 샘플. 60:40 Au:Pd 질량비로 AuPd 타겟을 구비한 덴톤 배큠으로부터의 덴톤 배큠 데스크 II 스퍼터 코팅기를 사용하여, 유리 슬라이드를 5 ㎚ 두께의 Au/Pd 층으로 스퍼터 코팅하였다. 스퍼터 코팅 전력 및 코팅 지속 시간은 13.3 ㎩(100 밀리토르)의 진공 하에서, 각각 35 밀리암페어 및 20초였다. 그 다음, PIM 중합체를 3000 rpm으로 Au/Pd 층 상에 코팅된 클로로벤젠 내의 전술한 PIM 중합체의 4% 용액을 사용하여 Au/Pd 상에 스핀 코팅하였다. 다음으로, 0.0013 ㎩(1 × 10-5 토르)의 기본 압력에서 작동되는 CHA 인더스트리즈로부터의 마크-50 증발 코팅기 및 세락 인크.로부터 입수한 6 × 6 ㎜ 펠렛 형태의 금속 타겟을 사용하여, 100 ㎚ 두께의 알루미늄 층을 PIM 중합체 상에 침착하였다. 그 다음, 샘플을 펨토초 가공 공정을 사용하여 레이저 제거하여 알루미늄 및 PIM 중합체 층을 통한 원추형 구멍의 어레이를 생성하였다. 알루미늄 층에 근접한 구멍 직경은 대략 13 마이크로미터였고, 이들은 Au/Pd 층에 근접하여 약 5 마이크로미터로 좁아졌다. (측정 데이터가 더 쉽게 보이게 하도록 밝아진) 레이저 제거 구멍의 현미경 사진이 도 13에 도시되어 있다.PIM sample with laser treated holes. Glass slides were sputter-coated with a 5 nm thick Au / Pd layer using a Denton Vacuum Desk II sputter coater from a Denton vacuum with an AuPd target at a 60:40 Au: Pd mass ratio. Sputter coating power and coating duration were 35 milliamps and 20 seconds, respectively, under vacuum of 13.3 kPa (100 millitorr). The PIM polymer was then spin coated onto Au / Pd using a 4% solution of the aforementioned PIM polymer in chlorobenzene coated on the Au / Pd layer at 3000 rpm. Next, using a Mark-50 evaporation coater from CHA Industries operating at a base pressure of 0.0013 kPa (1 × 10 −5 Torr) and a metal target in the form of a 6 × 6 mm pellet obtained from Cerrac Inc. A nm layer of aluminum layer was deposited on the PIM polymer. The sample was then laser removed using a femtosecond processing process to create an array of conical holes through the aluminum and PIM polymer layers. The pore diameters close to the aluminum layer were approximately 13 micrometers and they narrowed to about 5 micrometers close to the Au / Pd layer. A micrograph of the laser ablation hole (lighted to make the measurement data easier to see) is shown in FIG. 13.

유기 증기의 흡착에 대해 미공성 탄소와 경쟁하는 결과적인 박막 표시기의 능력을 평가하기 위해, 증기 침투성 알루미늄 반사 층이 웨브 및 이의 미공성 탄소와 접촉하게 하면서, 표시기를 실시예 2의 미공성 탄소 장입 웨브의 작은 조각 상에 위치시켰다. 탄소 장입 BMF 웨브는 미국 특허 출원 공개 제2006/0096911 A1호(브레이 등)에 설명된 바와 같이 제조된, (헌츠만 인터내셔널 엘엘씨로부터의) 이로그란 PS 440-200 열가소성 폴리우레탄으로 제조된 탄성 섬유질 웨브 전체에 분산된, (퍼시픽 액티베이티드 카본 컴퍼니로부터의) 코코넛 껍질로부터 유도된 40 × 140 메시 활성탄 미립자를 함유하였다. 섬유질 웨브는 유효 섬유 직경이 17 마이크로미터이고 탄소 장입 수준이 약 0.22 g/㎥ 탄소 밀도에 대응하는 500 g/㎡이었다. 32 ℓ/분으로 유동하는 1000 ppm의 사이클로헥산과 평형을 이룰 때, 이러한 부직포 웨브 층 내의 탄소는 탄소 1g당 약 0.21 g의 사이클로헥산을 흡착한다. 톨루엔 증기가 탄소 장입 층을 통해 표시기를 지나 통과하면서 표시기를 분광계 및 광섬유 반사 프로브를 사용하여 조명하고 유리 기판을 통해 관찰하였다. 곡선 A 및 곡선 B가 각각 초기 신호 및 50 ppm 톨루엔에서의 신호를 나타내는, 도 14에 도시된 바와 같이, (약 606 ㎚로부터 약 633 ㎚로의) 약 27 ㎚의 피크 신호 파장 변이가 관찰되었다. 이는 PIM 중합체 검출 층이 미공성 탄소와 열역학적 경쟁 상태에 있을 때 그의 흡착 기능을 유지했다는 것을 표시하였다.In order to evaluate the ability of the resulting thin film indicator to compete with the microporous carbon for adsorption of organic vapor, the indicator was charged with the microporous carbon of Example 2 while the vapor permeable aluminum reflective layer was in contact with the web and its microporous carbon. Placed on a small piece of web. Carbon-loaded BMF webs are made from elastomeric fibers made from Igroran PS 440-200 thermoplastic polyurethane (from Huntsman International LLC), prepared as described in US Patent Application Publication No. 2006/0096911 A1 (Bray et al.). 40 × 140 mesh activated carbon fine particles derived from coconut husks (from Pacific Activated Carbon Company), dispersed throughout the web. The fibrous web had an effective fiber diameter of 17 micrometers and a carbon loading level of 500 g / m 2, corresponding to about 0.22 g / m 3 carbon density. When equilibrated with 1000 ppm cyclohexane flowing at 32 L / min, the carbon in this nonwoven web layer adsorbs about 0.21 g of cyclohexane per gram of carbon. As toluene vapor passed through the indicator through the carbon loading layer, the indicator was illuminated using a spectrometer and optical fiber reflecting probe and observed through the glass substrate. A peak signal wavelength shift of about 27 nm was observed (from about 606 nm to about 633 nm), as shown in FIG. 14, where curve A and curve B represent the initial signal and the signal at 50 ppm toluene, respectively. This indicated that the PIM polymer detection layer maintained its adsorption function when in thermodynamic competition with the microporous carbon.

실시예 4Example 4

검출 층으로서 고유 미공성 중합체(PIM), Au/Pd 반반사 층, 및 은 나노입자 반사 층을 사용하여 박막 표시기를 제조하였다. 실시예 3의 방법을 사용하여, 유리 슬라이드를 5 ㎚ 두께의 Au/Pd 층으로 스퍼터 코팅하고, 이어서 Au/Pd 층 상에 PIM 중합체의 층을 (750 rpm으로) 스핀 코팅하였다. 다음으로, PIM 중합체 층에 은 나노입자 현탁액을 도포함으로써 2개의 상이한 표시기를 제조하였다. 표시기 A를 해리마 코퍼레이션(Harima Corporation)으로부터의 NPS-J 은 나노입자 현탁액(테트라데칸 중의 60%)을 사용하여 제조하였다. 입자들의 투과 전자 현미경(TEM) 분석이 대략 2 내지 10 ㎚ 직경의 크기 분포를 나타내었다. 0.08 g 양의 얻어진 그대로의 나노입자 현탁액을 2 밀리리터의 헵탄과 혼합하여 약 3.3% 은을 함유하는 희석된 현탁액을 제공하였다. 희석된 현탁액을 500 rpm으로 PIM 필름 상에 스핀 코팅하여 100 ㎚ 두께의 알루미늄 기준 층에 대해 500 ㎚에서 약 62%의 반사율을 갖는 증기 침투성 반사 층을 제공하였다. 표시기 B를 니폰 페인트 (아메리카) 코퍼레이션(Nippon Paint (America) Corporation)으로부터의 SVE 102 은 나노입자 현탁액(에탄올 중의 30%, 30 ㎚ 평균 입자 직경)을 사용하여 제조하였다. 0.7 g 양의 이러한 얻어진 그대로의 현탁액을 2 밀리리터의 에탄올과 혼합하여 약 9.1% 은을 함유하는 희석된 현탁액을 제공하였다. 희석된 현탁액을 1000 rpm으로 PIM 필름 상에 스핀 코팅하여 100 ㎚ 두께의 알루미늄 기준 층에 대해 500 ㎚에서 약 70%의 반사율을 갖는 증기 침투성 반사 층을 제공하였다.Thin film indicators were fabricated using the intrinsic microporous polymer (PIM), Au / Pd antireflective layer, and silver nanoparticle reflective layer as detection layers. Using the method of Example 3, the glass slides were sputter coated with a 5 nm thick Au / Pd layer, followed by spin coating (at 750 rpm) a layer of PIM polymer on the Au / Pd layer. Next, two different indicators were prepared by applying a silver nanoparticle suspension to the PIM polymer layer. Indicator A was prepared using NPS-J silver nanoparticle suspension (60% in tetradecane) from Harima Corporation. Transmission electron microscopy (TEM) analysis of the particles showed a size distribution of approximately 2 to 10 nm diameter. The resulting nanoparticle suspension in an amount of 0.08 g was mixed with 2 milliliters of heptane to provide a diluted suspension containing about 3.3% silver. The diluted suspension was spin coated onto the PIM film at 500 rpm to provide a vapor permeable reflective layer having a reflectance of about 62% at 500 nm for a 100 nm thick aluminum reference layer. Indicator B was prepared using SVE 102 silver nanoparticle suspension (30% in ethanol, 30 nm average particle diameter) from Nippon Paint (America) Corporation. 0.7 g of this as-obtained suspension was mixed with 2 milliliters of ethanol to provide a diluted suspension containing about 9.1% silver. The diluted suspension was spin coated onto the PIM film at 1000 rpm to provide a vapor permeable reflective layer having a reflectance of about 70% at 500 nm for a 100 nm thick aluminum reference layer.

표시기를 실시예 3의 방법을 사용하여 평가하여 유기 증기의 흡착에 대해 미공성 탄소와 경쟁하는 능력을 평가하였다. 도 15에서, 곡선 A 및 곡선 B는 각각 표시기 A에서 초기 신호 및 50 ppm 톨루엔에서의 신호를 나타낸다. 유사하게, 도 16에서, 곡선 A 및 곡선 B는 각각 표시기 B에서 초기 신호 및 50 ppm 톨루엔에서의 신호를 나타낸다. 표시기 A는 50 ppm 톨루엔이 침입하였을 때 (약 564 ㎚로부터 약 584 ㎚로) 약 20 ㎚의 피크 신호 파장 변이를 나타내었다. 표시기 B는 50 ppm 톨루엔이 침입하였을 때 (약 544 ㎚로부터 약 561 ㎚로) 약 17 ㎚의 피크 신호 파장 변이를 나타내었다. 표시기 A 및 B는 둘 모두 미공성 탄소와 열역학적 경쟁 상태에 있을 때 그의 흡착 기능을 유지하였다.The indicator was evaluated using the method of Example 3 to assess the ability to compete with microporous carbon for adsorption of organic vapors. In Figure 15, curve A and curve B represent the initial signal at indicator A and the signal at 50 ppm toluene, respectively. Similarly, in FIG. 16, curve A and curve B represent the initial signal at indicator B and the signal at 50 ppm toluene, respectively. Indicator A exhibited a peak signal wavelength shift of about 20 nm when invaded by 50 ppm toluene (from about 564 nm to about 584 nm). Indicator B exhibited a peak signal wavelength shift of about 17 nm when 50 ppm toluene invaded (from about 544 nm to about 561 nm). Indicators A and B both retained their adsorption function when in thermodynamic competition with microporous carbon.

실시예 5Example 5

실시예 3의 방법을 사용하여, PIM 중합체를 단량체 BC 및 FA로 제조하였다. 실시예 3의 방법을 사용하여, 1 ㎜ 두께의 유리 슬라이드를 5 ㎚ 두께의 Au/Pd 층으로 스퍼터 코팅하고, 이어서 Au/Pd 층 상에 PIM 중합체의 층을 (1500 rpm으로) 스핀 코팅하였다. 실시예 4(표시기 B)의 방법을 사용하여, 희석된 SVE 102 은 나노입자 현탁액을 PIM 필름 상에 스핀 코팅하여, 증기 침투성 나노입자 반사 층을 제공하였다. 결과적인 박막 표시기는 유리 슬라이드를 통해 시각적으로 관찰될 때 녹황색 외양을 가졌다. 다이맥스 코퍼레이션(Dymax Corporation)으로부터의 다이맥스(DYMAX™) No. OP-4-20641A UV-경화 광학 접착제를 사용하여 증기 침투성 나노입자 반사 층이 카트리지 내부를 향하게 하면서 투명한 폴리카르보네이트 수지로 제조된 여과 카트리지의 내부 측벽에 표시기를 접착하였다. 카트리지를 45.7 g의 활성탄 흡착제로 충전하였다. 여러 작은 구멍을 표시기 바로 위의 상류에서 카트리지 커버에 뚫어서 표시기/흡착제 베드 계면에서 적절한 증기 유동을 보장하였다. 카트리지에는 64 ℓ/분으로 유동하는 건조 공기(<3% RH) 내의 50 ppm 톨루엔이 침입하였다. 1 ㎜ 미만의 조명 스폿 직경을 갖는 광섬유 반사 프로브 및 오션 옵틱스(Ocean Optics) 분광기를 사용하여, 베드 깊이의 50-60%에서 폴리카르보네이트 카트리지 본체를 통해 표시기를 모니터링하였다. 톨루엔 침입 시작 후 6 내지 16 시간 사이에, 표시기는 총 14 ㎚에 달하는 색상의 점진적인 적색 변이를 보였다. 카트리지 내에서의 표시기의 위치를 고려하면, 표시기 응답의 시점 및 크기는 카트리지 출구에 위치된 RAE 시스템즈 인크.(Systems Inc.)로부터의 멀티래(MULTIRAE™) IR 광이온화 검출기를 사용하여 얻어진 개별적으로 수집된 농도 데이터와 일치하였다. 표시기 데이터 및 IR 광이온화 검출기 데이터가 도 17에 도시되어 있다.Using the method of Example 3, PIM polymers were prepared with monomers BC and FA. Using the method of Example 3, a 1 mm thick glass slide was sputter coated with a 5 nm thick Au / Pd layer, followed by spin coating a layer of PIM polymer (at 1500 rpm) on the Au / Pd layer. Using the method of Example 4 (indicator B), the diluted SVE 102 silver nanoparticle suspension was spin coated onto a PIM film to provide a vapor permeable nanoparticle reflective layer. The resulting thin film indicator had a greenish yellow appearance when visually observed through a glass slide. DYMAX ™ No. from Dymax Corporation. The indicator was attached to the inner sidewall of a filtration cartridge made of transparent polycarbonate resin with the OP-4-20641A UV-cured optical adhesive facing the vapor permeable nanoparticle reflective layer towards the cartridge. The cartridge was filled with 45.7 g of activated carbon sorbent. Several small holes were drilled in the cartridge cover upstream just above the indicator to ensure proper vapor flow at the indicator / adsorbent bed interface. The cartridge was infiltrated with 50 ppm toluene in dry air (<3% RH) flowing at 64 L / min. Indicators were monitored through the polycarbonate cartridge body at 50-60% of bed depth using fiber optic reflection probes and Ocean Optics spectroscopy with an illumination spot diameter of less than 1 mm. Between 6 and 16 hours after the start of toluene invasion, the indicator showed a gradual red shift of color totaling 14 nm. Given the position of the indicator within the cartridge, the timing and magnitude of the indicator response is individually obtained using a MULTIRAE ™ IR photoionization detector from RAE Systems Inc. located at the cartridge exit. Consistent with the concentration data collected. Indicator data and IR photoionization detector data are shown in FIG. 17.

제2 카트리지를 동일한 방식으로 조립하였고 64 ℓ/분으로 유동하는 건조 공기(<3% RH) 내의 500 ppm 스티렌이 침입하였다. 디지털 블루 코퍼레이션(Digital Blue Corporation)으로부터의 QX5™ 컴퓨터 현미경을 표시기가 관찰될 때 초기에 녹색으로 나타나도록 각도를 조절하였고, 스티렌 증기가 침입될 때 표시기의 외양을 기록하는 데 사용하였다. 침입이 진행함에 따라, 표시기의 초기 녹색 색상은 카트리지 입구로부터 이의 출구를 향해 이동되는 색 변화 파면을 따라 오렌지색으로 변했다. 초기 녹색 색상의 RGB 히스토그램은 r=145, g=191, 및 b=121의 평균 값을 회복하였다. 표시기가 녹색을 오렌지색으로 변화시킴으로써 스티렌 증기에 응답한 후, 히스토그램 값은 r=208, g=179, 및 b=127이었다. 도 18은 실험 도중 표시기 색상의 흑백 렌더링을 도시하고, 증기 파면 진행 및 외양을 도시한다. 녹색 및 오렌지색의 가시 부분은 문자 G 및 O로 표시되어 있고, 파면은 문자 W로 표시되어 있고, 스티렌 유동 방향은 문자 S로 표시되어 있다.The second cartridge was assembled in the same manner and invaded 500 ppm styrene in dry air (<3% RH) flowing at 64 L / min. QX5 ™ computer microscopes from Digital Blue Corporation were angled to initially appear green when the indicator was observed and used to record the appearance of the indicator when styrene vapor was invaded. As the intrusion progressed, the initial green color of the indicator changed to orange along the color change wavefront moving from the cartridge inlet toward its outlet. The RGB histogram of the initial green color recovered the mean values of r = 145, g = 191, and b = 121. After the indicator responded to styrene vapor by changing green to orange, the histogram values were r = 208, g = 179, and b = 127. 18 shows a black and white rendering of the indicator color during the experiment and shows vapor wave progression and appearance. Green and orange visible parts are indicated by the letters G and O, wavefronts by the letter W, and styrene flow direction by the letter S.

실시예 6Example 6

실시예 3의 방법을 사용하여, PIM 중합체를 단량체 BC 및 FA로 제조하였다. 0.0013 ㎩(1×10-5 토르)의 기본 압력에서 작동되는 CHA 인더스트리즈 마크-50 증발기 및 No. T-2003 티타늄 펠렛(세락 인크.로부터의, 99.995% 순도, 6×6 ㎜)을 사용하여, 세척된 유리 슬라이드를 10 ㎚ 두께의 반반사 Ti 층으로 금속화하였다. 클로로벤젠 중의 4 % PIM 중합체 용액을 Ti 층 상에 1000 rpm으로 스핀 코팅하였다. 실시예 4(표시기 B)의 방법을 사용하여, 희석된 SVE 102 은 나노입자 현탁액을 PIM 필름 상에 스핀 코팅하여, 증기 침투성 반사 층을 제공하였다. 은 침착에 이어서, 필름 샘플을 150℃에서 1시간 동안 공기 중에서 가열하였다. 결과적인 박막 표시기는 유리 슬라이드를 통해 시각적으로 관찰할 때 녹색 외양을 가졌다. 다이맥스 No. OP-4-20641A UV-경화 광학 접착제를 사용하여 추가의 유리 슬라이드 층에 표시기를 접착하였다. 결과적인 유리 슬라이드 스택을 투명한 폴리카르보네이트 플라스틱으로 제조된 여과 카트리지의 내부 측벽에 접착하였다. 다음으로, 미국 특허 제4,153,661호(리(Ree) 등)에 설명되어 있는 것과 미국 특허 제4,208,194호의 실시예 1과 같은 방법을 사용하여, 수성 폴리테트라플루오로에틸렌("PTFE") 입자 분산액을 미세하게 분쇄된 활성탄 입자와 조합하여 반죽(dough)을 형성하였다. 반죽을 밀링하여 건조시켰지만, 캘린더링은 하지 않아서, 섬유화된 PTFE의 매트릭스 내에 활성탄 입자가 매립된 복합 웨브를 제공하였다. 탄소 복합 웨브의 층을 유리 슬라이드 스택의 상부 모서리에 부착하고 접어 내려서 다공성 나노입자 반사 층을 덮었다. 그 다음 잔여 여과 카트리지 체적을 45.8 g의 활성탄 흡착제로 충전하였다. 여러 작은 구멍을 표시기 바로 위의 상류에서 카트리지 커버에 뚫어서 표시기/흡착제 베드 계면에서 적절한 증기 유동을 보장하였다. 카트리지에는 32 ℓ/분 유량의 건조 공기(<3% RH) 내의 200 ppm 스티렌이 침입하였다. 주변 조명을 사용하여, (트렌드넷 컴퍼니(TRENDnet Company)로부터의) 트렌드넷(TRENDnet™) 모델 TV-IP201W 무선 카메라를 표시기가 관찰될 때 초기에 녹색으로 보이도록 각도를 조절하고, 스티렌 증기가 침입할 때 표시기의 외양을 기록하도록 사용하였다. 실험이 진행함에 따라, 색 변화가 먼저 여과 카트리지 입구 부근에서 나타나서 카트리지 출구를 향해 이동하면서, 표시기 색은 초기 녹색으로부터 심적색으로 변하였다. 증기 유동이 정지되었을 때, 파면은 다소 흐려지지만, 카트리지 출구에 더 가까이 또는 그로부터 더 멀리 이동하지는 않았다. 초기 녹색의 RGB 히스토그램은 r=30, g=99, 및 b=51의 평균 값을 회복하였다. 표시기가 녹색을 적색으로 변화시킴으로써 스티렌 증기에 대해 응답한 후, 히스토그램 값은 r=97, g=56, 및 b=66이었다. 도 19는 실험 도중 표시기 색상의 흑백 렌더링을 도시하고, 증기 파면 진행 및 외양을 도시한다. 탄소 흡착제는 문자 C로 표시되어 있고, 녹색 및 적색의 시각적 표시기 부분은 문자 G 및 R로 표시되어 있고, 파면은 문자 W로 표시되어 있고, 스티렌 유동 방향은 문자 S로 표시되어 있다. 파면은 표시기와 흡착 매체 사이에 탄소 복합 웨브를 포함하지 않는 여과 카트리지를 포함한, 도 18의 파면보다 현저히 더 균일하였다.Using the method of Example 3, PIM polymers were prepared with monomers BC and FA. CHA Industry Mark-50 evaporator operated at a base pressure of 0.0013 kPa (1 × 10 -5 Torr) The washed glass slides were metallized into a 10 nm thick semi-reflective Ti layer using T-2003 titanium pellets (99.995% purity, 6 × 6 mm, from Cerac Inc.). A 4% PIM polymer solution in chlorobenzene was spin coated onto the Ti layer at 1000 rpm. Using the method of Example 4 (indicator B), the diluted SVE 102 silver nanoparticle suspension was spin coated onto a PIM film to provide a vapor permeable reflective layer. Following the silver deposition, the film sample was heated in air at 150 ° C. for 1 hour. The resulting thin film indicator had a green appearance when visually viewed through a glass slide. Dymax No. The indicator was adhered to an additional glass slide layer using OP-4-20641A UV-cured optical adhesive. The resulting glass slide stack was adhered to the inner sidewall of a filter cartridge made of transparent polycarbonate plastic. Next, an aqueous polytetrafluoroethylene ("PTFE") particle dispersion was finely prepared using the method described in US Pat. No. 4,153,661 (Ree et al.) And the same method as in Example 1 of US Pat. No. 4,208,194. A dough was formed by combining with activated pulverized activated carbon particles. The dough was milled to dryness but not calendered to provide a composite web in which activated carbon particles were embedded in a matrix of fibrous PTFE. A layer of carbon composite web was attached to the top edge of the glass slide stack and folded down to cover the porous nanoparticle reflective layer. The remaining filter cartridge volume was then charged with 45.8 g of activated carbon sorbent. Several small holes were drilled in the cartridge cover upstream just above the indicator to ensure proper vapor flow at the indicator / adsorbent bed interface. The cartridge penetrated 200 ppm styrene in dry air (<3% RH) at a flow rate of 32 L / min. Using ambient lighting, the TRENDNET ™ model TV-IP201W wireless camera (from TRENDnet Company) is angled to initially appear green when the indicator is observed, and styrene vapors invade When used to record the appearance of the indicator. As the experiment progressed, the indicator color changed from initial green to deep red as the color change first appeared near the filter cartridge inlet and moved towards the cartridge outlet. When the steam flow was stopped, the wavefront became somewhat cloudy but did not move closer to or farther from the cartridge outlet. The initial green RGB histogram recovered the mean values of r = 30, g = 99, and b = 51. After the indicator responded to styrene vapor by changing green to red, the histogram values were r = 97, g = 56, and b = 66. 19 shows black and white rendering of the indicator color during the experiment and shows vapor wave progression and appearance. The carbon adsorbent is indicated by the letter C, the green and red visual indicator portions are indicated by the letters G and R, the wavefront is indicated by the letter W, and the styrene flow direction is indicated by the letter S. The wavefront was significantly more uniform than the wavefront of FIG. 18, including a filter cartridge that did not include a carbon composite web between the indicator and the adsorption medium.

예 7Example 7

실시예 6의 방법을 사용하여, 10 ㎚ 두께의 티타늄 반반사 층을 세척된 유리 슬라이드 상에 증발 코팅하였다. 다음으로, Ti-코팅 유리 슬라이드를 평면 전극 상에 장착하였다. 이번에는 전극을 건식 기계 펌프 및 루츠(Roots) 송풍기와 직렬인 터보 분자 펌프를 구비한 알루미늄 진공 챔버에 장착하였다. 챔버를 폐쇄하고, 0.067 ㎩(0.0005 토르)의 기본 압력으로 펌핑하였다. 테트라메틸실란, 산소 및 부타디엔 기체의 혼합물을 분당 100 표준 입방 센티미터/분(sccm), 100 sccm 및 160 sccm의 각각의 유량으로 챔버 내로 도입하였다. (플라즈마썸 인크.(PlasmaTherm Inc.)로부터의) 모델 AMN3000 임피던스 매칭 네트워크를 통해 작동하는 (RF 파워 프로덕츠(RF Power Products)로부터의) 모델 RF50S 무선 주파수 전원 장치를 사용하여 평면 전극에 전력을 공급함으로써 플라즈마를 형성하였다. 플라즈마가 작동 중인 동안, 송출되는 전력을 75 와트로 유지하였고, 챔버 압력을 4.93 ㎩(37 밀리토르)로 유지하였다. 침착을 14분 동안 수행하여, 0.768 마이크로미터의 두께를 갖는 플라즈마 침착 유기 박막을 생성하였다. 플라즈마 침착 박막을 진공 노 내에서 450℃의 온도로 1시간 동안 어닐링하여, 티타늄 반반사 층 위에 미공성 박막 검출 층을 제공하였다. 0.0475 g 양의 메탄올 내의 실버 나노잉크(SILVER NANOINK™) 은 나노입자 슬러리(한국의 어드밴스트 나노 프로덕츠 컴퍼니, 엘티디(Advanced Nano Products Co., Ltd)로부터의 Lot S Ag 031027W)를 추가의 2 밀리리터 메탄올로 희석하여 희석된 현탁액을 제공하고 박막 검출 층 상에 1500 rpm으로 스핀 코팅되었다. 결과적인 스핀 코팅된 은 나노입자 층을 건조시켜서, 박막 검출 층 상부에 증기 침투성 박막 은 나노입자 반사 층을 생성하였다.Using the method of Example 6, a 10 nm thick titanium semireflective layer was evaporated coated onto the washed glass slide. Next, a Ti-coated glass slide was mounted on the flat electrode. This time, the electrodes were mounted in an aluminum vacuum chamber equipped with a dry mechanical pump and a turbomolecular pump in series with the Roots blower. The chamber was closed and pumped to a base pressure of 0.067 kPa (0.0005 Torr). A mixture of tetramethylsilane, oxygen and butadiene gas was introduced into the chamber at respective flow rates of 100 standard cubic centimeters per minute (sccm), 100 sccm and 160 sccm. By powering the planar electrodes using a model RF50S radio frequency power supply (from RF Power Products) operating over a model AMN3000 impedance matching network (from PlasmaTherm Inc.) A plasma was formed. While the plasma was in operation, the power delivered was maintained at 75 watts and the chamber pressure was maintained at 37 millitorr (4.93 kPa). The deposition was carried out for 14 minutes, producing a plasma deposited organic thin film with a thickness of 0.768 microns. The plasma deposited thin film was annealed in a vacuum furnace at a temperature of 450 ° C. for 1 hour to provide a microporous thin film detection layer over the titanium semireflective layer. Add 2 milliliters of silver nanoink (SILVER NANOINK ™) silver nanoparticle slurry (Lot S Ag 031027W from Advanced Nano Products Co., Ltd.) in 0.0475 g of methanol Dilution with methanol gave a diluted suspension and spin coated at 1500 rpm on a thin film detection layer. The resulting spin coated silver nanoparticle layer was dried to produce a vapor permeable thin film silver nanoparticle reflective layer on top of the thin film detection layer.

유기 증기의 흡착에 대해 미공성 탄소와 경쟁하는 결과적인 표시기의 능력을 평가하기 위해, 침투성 반사 층이 탄소 복합 웨브와 접촉하게 하면서, 표시기를 실시예 6에서 채용된 탄소 복합 웨브의 작은 조각 위에 위치시켰다. 분광기 및 광섬유 반사 프로브를 사용하여 유리 기판을 통해 표시기 외양을 관찰하여, 센서의 색상을 평가하였다. 센서를 탄소 복합 웨브를 통과하는 톨루엔, 메틸 에틸 케톤 및 에틸벤젠 증기 흐름에 노출시켰다. 톨루엔 및 메틸 에틸 케톤 흐름은 5% 미만의 상대 습도로 유지하였고, 에틸벤젠 흐름은 82%의 상대 습도로 유지하였다. 결과가 도 20에 도시되어 있으며, 여기서 곡선 A, C 및 D는 관찰된 파장 변이에 대한 메틸 에틸 케톤, 톨루엔 및 에틸벤젠 증기 농도를 각각 도시하고, 곡선 B는 탄소 복합 웨브가 채용되지 않은 경우 관찰된 파장 변이에 대한 톨루엔 증기 농도를 도시한다. 도 20의 결과는 개시된 표시기가 200 ppm 증기 농도에서 약 6 내지 16 ㎚의 파장 변이 및 2000 ppm 증기 농도에서 약 12 내지 21 ㎚의 파장 변이를 보였다는 것을 도시한다. 곡선 B 및 C는 또한 개시된 표시기 내의 다공성 검출 층이 심지어 미공성 탄소와 열역학적 경쟁 상태에 있을 때에도 그의 흡착 능력을 유지하였다는 것을 도시한다.To assess the ability of the resulting indicator to compete with microporous carbon for adsorption of organic vapor, the indicator is placed over a small piece of the carbon composite web employed in Example 6, with the permeable reflective layer in contact with the carbon composite web. I was. The color of the sensor was evaluated by observing the indicator appearance through the glass substrate using a spectrometer and a fiber optic reflective probe. The sensor was exposed to toluene, methyl ethyl ketone and ethylbenzene vapor flow through the carbon composite web. Toluene and methyl ethyl ketone streams were maintained at less than 5% relative humidity and ethylbenzene streams were kept at 82% relative humidity. The results are shown in FIG. 20 where curves A, C and D show the methyl ethyl ketone, toluene and ethylbenzene vapor concentrations for the observed wavelength variations, respectively, and curve B was observed when no carbon composite web was employed. Toluene vapor concentration for the shifted wavelength is shown. The results in FIG. 20 show that the disclosed indicators showed wavelength variations of about 6 to 16 nm at 200 ppm vapor concentration and wavelength variations of about 12 to 21 nm at 2000 ppm vapor concentration. Curves B and C also show that the porous detection layer in the disclosed indicators retained their adsorption capacity even when in thermodynamic competition with the microporous carbon.

실시예 8Example 8

실시예 3의 방법을 사용하여, PIM 중합체를 단량체 BC 및 FA로 제조하였다. 0.0013 ㎩(1×10-5 토르)의 기본 압력에서 작동되는 CHA 인더스트리즈 마크-50 증발기 및 No. T-2003 티타늄 펠렛을 사용하여, 세척된 유리 슬라이드를 10 ㎚ 두께의 Ti 반반사 층으로 금속화하였다. 클로로벤젠 중의 4 % PIM 중합체 용액을 Ti 층 상에 2000 rpm으로 스핀 코팅하였다. 실시예 4(표시기 B)의 방법을 사용하여, 희석된 SVE 102 은 나노입자 현탁액을 PIM 필름 상에 스핀 코팅하고 실온 진공 하에서 12시간 동안 건조시켜서 티타늄 반반사 층과 증기 침투성 금속 나노입자 반사 층 사이에 위치된 PIM 검출 층을 구비한 다층 박막 표시기를 제공하였다. 표시기는 유리 슬라이드 및 반반사 층을 통해 시각적으로 관찰할 때 녹색 외양을 가졌다.Using the method of Example 3, PIM polymers were prepared with monomers BC and FA. CHA Industry Mark-50 evaporator operated at a base pressure of 0.0013 kPa (1 × 10 -5 Torr) Using T-2003 titanium pellets, the washed glass slides were metallized into a 10 nm thick Ti antireflective layer. A 4% PIM polymer solution in chlorobenzene was spin coated onto the Ti layer at 2000 rpm. Using the method of Example 4 (indicator B), the diluted SVE 102 silver nanoparticle suspension was spin coated onto a PIM film and dried under vacuum at room temperature for 12 hours, between the titanium semireflective layer and the vapor permeable metal nanoparticle reflective layer. A multilayer thin film indicator with a PIM detection layer positioned at was provided. The indicator had a green appearance when viewed visually through glass slides and antireflective layers.

유기 증기의 흡착에 대해 미공성 탄소와 경쟁하는 표시기의 능력을 평가하기 위해, 표시기를 실시예 2에서 사용된 탄소 장입 부직포 웨브(94)의 작은 조각 상으로 위치시켰다. 32 ℓ/분으로 유동하는 1000 ppm의 사이클로헥산과 평형을 이룰 때, 층 내의 탄소는 탄소 1 g당 0.21 g의 사이클로헥산을 흡착한다. 표시기 외양을 분광기 및 광섬유 반사 프로브를 사용하여 유리 기판을 통해 관찰하였고, 건조 공기(<3% RH) 내에서 그리고 85% 상대 습도에서 측정하였다. 표시기는 건조 공기 내에서의 결과에 비해 85% 상대 습도에서 단지 3 ㎚ 분광 변이만을 보였으며, 그에 따라서 표시기가 높은 습도 조건에 대해 대체로 불감성인 것으로 입증되었다. 다음으로, 85% 상대 습도 분위기를 유지하면서, 탄소 장입 부직포 웨브를 20 ppm의 스티렌 증기에 노출시켰다. 표시기는 23 ㎚ 분광 변이를 보여서, 습한 분석물 흐름에 노출되는 미공성 탄소와 열역학적 경쟁 상태에 있을 때 표시기가 그의 흡착 기능을 유지했다는 것이 입증되었다.In order to evaluate the ability of the indicator to compete with microporous carbon for adsorption of organic vapor, the indicator was placed on a small piece of carbon loaded nonwoven web 94 used in Example 2. When equilibrated with 1000 ppm of cyclohexane flowing at 32 L / min, the carbon in the bed adsorbs 0.21 g of cyclohexane per gram of carbon. Indicator appearance was observed through a glass substrate using a spectrometer and a fiber optic reflective probe and measured in dry air (<3% RH) and at 85% relative humidity. The indicator showed only 3 nm spectral variation at 85% relative humidity compared to the results in dry air, thus indicating that the indicator was generally insensitive to high humidity conditions. The carbon loaded nonwoven web was then exposed to 20 ppm styrene vapor while maintaining an 85% relative humidity atmosphere. The indicator showed 23 nm spectral variation, demonstrating that the indicator maintained its adsorption function when in thermodynamic competition with microporous carbon exposed to wet analyte flow.

실시예Example 9 9

실시예 6의 방법을 사용하여, 10 ㎚ 두께의 티타늄 반반사 층을 2개의 세척된 유리 슬라이드 상에 증발 코팅하였다. 중량 평균 분자량(Mw)이 62,900인 PIM 중합체를 실시예 3의 방법 및 단량체 BC 및 FA를 사용하여 제조하였다. 60/40 클로로벤젠/테트라하이드로피란 혼합물 중의 3.2 % PIM 중합체 용액을 코팅된 유리 슬라이드의 Ti 층 상에 1000 rpm으로 스핀 코팅하였다. 1.0 g 양의 실버젯(SILVERJET™) DGP 40LT-25C 은 나노입자(메탄올 중의 43.25 %, 한국의 어드밴스트 나노 프로덕츠 컴퍼니, 엘티디.)를 2 밀리리터 메탄올에 첨가하여, 16.8% 고형분을 함유하는 희석된 현탁액을 제공하였다. 희석된 현탁액을 각각의 코팅된 슬라이드 상의 PIM 층 상에 600 rpm으로 스핀 코팅하였다. 그 다음, 하나의 슬라이드를 공기 건조시키고 표시기 A라고 하였다. 다른 슬라이드를 150℃에서 1시간 동안 공기 중에서 가열하여, 은 입자를 부분적으로 소결시켜서, 표시기 B라고 하였다. 표시기 B는 100 ㎚ 두께의 알루미늄 기준 층에 대해 500 ㎚에서 약 39%의 반사율을 가졌다.Using the method of Example 6, a 10 nm thick titanium semireflective layer was evaporated coated onto two washed glass slides. PIM polymers having a weight average molecular weight (Mw) of 62,900 were prepared using the method of Example 3 and the monomers BC and FA. A 3.2% PIM polymer solution in a 60/40 chlorobenzene / tetrahydropyran mixture was spin coated at 1000 rpm onto the Ti layer of the coated glass slide. A dilution containing 16.8% solids by adding 1.0 g of SilverJet ™ DGP 40LT-25C silver nanoparticles (43.25% in methanol, Advanced Nano Products Company of Korea, LTD.) To 2 milliliters of methanol. Suspension was provided. The diluted suspension was spin coated at 600 rpm on a PIM layer on each coated slide. Then, one slide was air dried and called indicator A. The other slide was heated in air at 150 ° C. for 1 hour to partially sinter the silver particles, which was referred to as indicator B. Indicator B had a reflectance of about 39% at 500 nm for a 100 nm thick aluminum reference layer.

유기 증기의 흡착에 대해 미공성 탄소와 경쟁하는 표시기 둘 모두의 능력을 평가하기 위해, 침투성 나노입자 반사기가 탄소 장입 웨브와 접촉한 상태로, 각 슬라이드의 코팅된 면을 실시예 2에 사용된 탄소 장입 웨브(94)의 작은 조각에 대항하여 위치시켰다. 분광기 및 광섬유 반사 프로브를 사용하여 유리 기판 및 반반사 층을 통해 표시기를 관찰하였다. 표시기를 탄소 장입 웨브를 통과하는 50 ppm 톨루엔 증기 흐름에 노출시켰다. 표시기 A에 대한 분광 피크는 532 ㎚로부터 558 ㎚로 변이하고, 표시기 B에 대한 분광 최소치는 609 ㎚로부터 629 ㎚로 변이하여, 각각의 경우에, 표시기가 미공성 탄소와 열역학적 경쟁 상태에 있을 때 흡착 기능을 유지했다는 것이 입증되었다.To evaluate the ability of both indicators to compete with microporous carbon for adsorption of organic vapor, the coated side of each slide was placed on the carbon used in Example 2 with the permeable nanoparticle reflector in contact with the carbon loading web. Placed against a small piece of charging web 94. The indicator was observed through a glass substrate and a semireflective layer using a spectrometer and a fiber optic reflective probe. The indicator was exposed to a 50 ppm toluene vapor stream through the carbon loading web. The spectral peak for indicator A varies from 532 nm to 558 nm and the spectral minimum for indicator B varies from 609 nm to 629 nm, in each case adsorbing when the indicator is in thermodynamic competition with the microporous carbon. It proved to be functional.

배경기술 부분에 인용된 것을 비롯하여 상기 인용된 모든 특허 및 특허 출원은 전체적으로 본 명세서에서 참고로 포함된다. 상충하는 경우, 본 명세서가 우선한다.All patents and patent applications cited herein, including those cited in the background section, are incorporated herein by reference in their entirety. In case of conflict, the present specification shall control.

본 발명의 다수의 실시 형태가 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 본 발명으로부터 벗어남이 없이 다양한 변형이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 다른 실시 형태가 이어지는 청구의 범위의 범주 내에 있다. A number of embodiments of the present invention have been described. Nevertheless, it will be understood that various modifications may be made without departing from the invention. Accordingly, other embodiments are within the scope of the following claims.

Claims (38)

기체 입구, 기체 출구 및 박막 다층 표시기를 포함하는 엔클로저를 포함하는 보호 장치로서,A protective device comprising an enclosure comprising a gas inlet, a gas outlet, and a thin film multilayer indicator, the protective device comprising: A) 엔클로저는 입구로부터 출구를 향해 유동하는 관심 대상의 증기를 흡착할 수 있는 흡착 매체를 포함하고;A) The enclosure comprises an adsorption medium capable of adsorbing vapor of interest flowing from inlet to outlet; B) 박막 다층 표시기는,B) thin film multilayer indicator, i) 증기의 존재 시에 광학 두께가 변하는 다공성 검출 층과,i) a porous detection layer whose optical thickness varies in the presence of vapor, ii) 엔클로저 외부로부터 볼 수 있는 반반사 층과,ii) a semi-reflective layer visible from outside the enclosure, iii) 증기에 대해 침투성인 반사 층을 포함하고, 다공성 검출 층은 반반사 층과 반사 층 사이에 위치되고,iii) a reflective layer permeable to vapor, the porous detection layer being located between the semireflective layer and the reflective layer, C) 반사 층은 매체에 충분히 가까워서 매체의 적어도 일부와 증기 사이에 인가된 증기 농도가 평형이 되면 증기가 매체로부터 반사 층을 통과하여 검출층 내로 유입되어 검출 층의 광학 두께를 충분히 변화시킴으로써 반반사 층을 통해 관측할 때 표시기 외양이 시각적으로 구분 가능한 변화를 일으킬 수 있도록 하는 것인, 장치.C) The reflective layer is close enough to the medium so that when the vapor concentration applied between at least a portion of the medium and the vapor is in equilibrium, vapor passes through the reflective layer from the medium into the detection layer, thereby sufficiently reflecting the optical thickness of the detection layer, thereby causing antireflection. The device such that the indicator appearance can cause a visually discernible change when viewed through layers. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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